JP6344766B2 - Method for producing cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity - Google Patents

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Description

本発明は、低減されたpH感受性を有するシアン蛍光性タンパク質を生成する方法を提案する。   The present invention proposes a method for producing a cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity.

エクオレア・ビクトリア(Aequorea victoria)クラゲから抽出される緑色蛍光性タンパク質(緑色蛍光性タンパク質またはGFPav)およびその変形体などの蛍光性タンパク質(蛍光プローブとも呼ばれる)は、特に蛍光画像化技術、フローサイトメトリーおよびハイスループット生物学的試験で生細胞を探究するための不可欠なツールを構成する。様々なタンパク質と融合させると、これらの蛍光プローブは、これらのタンパク質の局在化およびトラフィック運動を判定し、タンパク質間相互作用、酵素活性または第2メッセンジャーシグナル伝達などの様々な生物学的過程を分析することを可能にする。これらのタンパク質の成功は、多数の生体および細胞コンパートメント(例えば核、ミトコンドリア、ゴルジ体)でそれらを発現させることができるという事実に特に依存する。したがって、過去15年間に実行された定方向およびランダムな突然変異誘発の多数のアプローチは、ネイティブのGFPavの多種多様な変形体を生成した(Dayら、2009)。これらは2、3個のアミノ酸の突然変異を通してGFPavと異なり、青から赤の異なる色範囲で蛍光を発する。   Fluorescent proteins (also called fluorescent probes), such as green fluorescent protein (green fluorescent protein or GFPav) and its variants extracted from Aequorea victoria jellyfish, are particularly fluorescent imaging techniques, flow cytometry And constitutes an indispensable tool for exploring live cells in high-throughput biological tests. When fused to various proteins, these fluorescent probes determine the localization and traffic movement of these proteins and perform various biological processes such as protein-protein interactions, enzyme activity or second messenger signaling. Allows analysis. The success of these proteins depends in particular on the fact that they can be expressed in numerous living and cellular compartments (eg nucleus, mitochondria, Golgi apparatus). Thus, a number of directed and random mutagenesis approaches performed in the last 15 years have generated a wide variety of variants of native GFPav (Day et al., 2009). These differ from GFPav through a few amino acid mutations and fluoresce in a different color range from blue to red.

最も頻繁に用いられるGFPav変形体には、強化されたシアン蛍光性タンパク質(ECFPavまたはECFP)が含まれる。このタンパク質は239個のアミノ酸を有し、その6〜9個はネイティブのGFPavと比較して突然変異されている(K26R、S65T、Y66W、F64L、N146I、M153T、V163A、N164H、H231L)(Cubittら、1995;Llopisら、1998;Cubittら、1999)。トリプトファンによるTyr66アミノ酸の置換は、GFPavと比較して、それぞれ436および475nmで励起および発光スペクトルの青色へのシフトをもたらしたが、他の突然変異は、タンパク質の折畳み、溶解性、光安定性および輝度などのいくつかの物理化学的特性を強化することを可能にした。それにもかかわらず、このECFPの輝度は、強化されたGFPのそれ未満のままである(40%)。   The most frequently used GFPav variants include enhanced cyan fluorescent protein (ECFPav or ECFP). This protein has 239 amino acids, 6-9 of which are mutated compared to native GFPav (K26R, S65T, Y66W, F64L, N146I, M153T, V163A, N164H, H231L) (Cubitt 1995; Llopis et al., 1998; Cubitt et al., 1999). Substitution of Tyr66 amino acid with tryptophan resulted in a shift of the excitation and emission spectra to blue at 436 and 475 nm, respectively, compared to GFPav, but other mutations caused protein folding, solubility, photostability and It was possible to enhance some physicochemical properties such as brightness. Nevertheless, the brightness of this ECFP remains below that of enhanced GFP (40%).

今日まで、ECFPは、Forster型共鳴エネルギー転移(FRET)による画像化研究で、より詳しくは、それらの吸収および発光スペクトルの部分的重複の結果として、EYFP(Miyawakiら、1999)およびその変形体とともに、ドナーとして最も一般的に用いられる蛍光性タンパク質の1つである。したがって、この種のタンパク質へのECFPのカップリングは、特に細胞代謝の研究のために、多数のFRETバイオセンサーを開発することを可能にした。   To date, ECFP has been used in Forster-type resonance energy transfer (FRET) imaging studies, more specifically, as a result of partial overlap of their absorption and emission spectra, along with EYFP (Miyawaki et al., 1999) and its variants. , One of the most commonly used fluorescent proteins as a donor. Thus, the coupling of ECFP to this type of protein has made it possible to develop a large number of FRET biosensors, especially for cell metabolism studies.

しかし、全てのリアルタイム画像化方法と同様に、FRETは蛍光シグナルの極めて正確な定量分析を必要とし、それは従来の鏡検技術の場合には稀である。したがって、ECFPの複雑であまり効果的でない発光特性は、生細胞で定量的画像化によって得られる結果の信頼できる解読を可能にしない。実際、ECFPは、このタンパク質が採用することができるいくつかの別個の立体構造の存在を明らかに示すいくつかの励起状態に加えて、GFPavと比較して低い量子収量および短い蛍光寿命を示す(Shanerら、2007;Pattersonら、2001;Tramierら、2002)。   However, like all real-time imaging methods, FRET requires a very accurate quantitative analysis of the fluorescent signal, which is rare in the case of conventional microscopy techniques. Thus, the complex and less effective luminescent properties of ECFP do not allow reliable decoding of the results obtained by quantitative imaging in living cells. In fact, ECFP shows low quantum yield and short fluorescence lifetime compared to GFPav, in addition to some excited states that clearly indicate the existence of several distinct conformations that this protein can employ. Shaner et al., 2007; Patterson et al., 2001; Tramier et al., 2002).

蛍光プローブのほとんどに関しては、ECFPは環境要因、特にpHへの非常に高い感受性を特徴とする(Miyawakiら、2000)。その平均蛍光寿命(タウまたはτ)はpH11とpH7との間でわずかに減少するが、pHがpH5.5まで下がるときには2.5nsから1.5nsまでかなり低減する。その蛍光強度(If)がpH6.5で約10%、pH5.5で約40%分速やかに下がることも十分に確立されている。試験する細胞コンパートメントおよび実験条件、例えば分裂刺激または代謝ストレス次第で細胞内pHが異なるので、このpH感受性は、インタクトな細胞での定量的画像化におけるECFPの使用で大きな欠点を構成する。したがって、ECFPが異なるpH(例えば、サイトゾルでは中性pHおよびリソソームでは酸性pH)で2つの細胞コンパートメントで可溶化される場合、それは、研究される生物学的過程と独立して別個の発光特性を示し、人為産物の解読を潜在的にもたらす。今日まで、これらの人為産物を低減する唯一の手法は、周囲pHを定期的に検査するか、それを固定する(「クランピング」)ことである。したがって、低減されたpH感受性を有し、その半移行pH(pH1/2)が生理的pHのそれを十分に下回るECFPを有することが非常に望ましい。 For most fluorescent probes, ECFP is characterized by a very high sensitivity to environmental factors, especially pH (Miyawaki et al., 2000). Its average fluorescence lifetime (tau or τ) decreases slightly between pH 11 and pH 7, but significantly decreases from 2.5 ns to 1.5 ns when the pH drops to pH 5.5. It has also been well established that the fluorescence intensity (I f ) decreases rapidly by about 10% at pH 6.5 and about 40% at pH 5.5. This pH sensitivity constitutes a major drawback in the use of ECFP in quantitative imaging in intact cells, as the intracellular pH varies depending on the cell compartment and experimental conditions to be tested, such as mitotic stimulation or metabolic stress. Thus, when ECFP is solubilized in two cell compartments at different pH (e.g. neutral pH in the cytosol and acidic pH in lysosomes), it has distinct luminescent properties independent of the biological process being studied. And potentially decipher artifacts. To date, the only way to reduce these artifacts is to periodically check the ambient pH or fix it ("clamping"). Therefore, it is highly desirable to have an ECFP that has reduced pH sensitivity and whose half-transition pH (pH 1/2 ) is well below that of physiological pH.

ECFPの光物理的および物理化学的性能を向上させるために今日までとられた努力は、その輝度(または蛍光強度)、その成熟および可溶化を強化すること、ならびにその発光特性、特にその蛍光発光の減衰を単純化することに主に集中していた(Rizzoら(2004);Nguyenら(2005);Goedhartら(2010);Sawanoら(2000))。それにもかかわらず、低減されたpH感受性を示し、ECFPの蛍光スペクトル特性が保存されているシアン蛍光性タンパク質を開発することにいずれの研究も特別に集中していない。   Efforts made to date to improve the photophysical and physicochemical performance of ECFPs are to enhance its brightness (or fluorescence intensity), its maturation and solubilization, and its luminescent properties, especially its fluorescence emission. (Rizzo et al. (2004); Nguyen et al. (2005); Goedhart et al. (2010); Sawano et al. (2000)). Nonetheless, no particular research has focused on developing cyan fluorescent proteins that exhibit reduced pH sensitivity and preserve the fluorescence spectral properties of ECFP.

Sambrookら著、「Molecular Cloning: A laboratory Manual」、第3版、Cold Spring Harbor Laboratory Press、(2001)Sambrook et al., "Molecular Cloning: A laboratory Manual", 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (2001) Ausubelら著、「Current Protocols in Molecular Biology」、John Wiley & Sons(2011)Ausubel et al., "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley & Sons (2011) http://www.kazusa.or.jp/codon/http://www.kazusa.or.jp/codon/ B. Valeur著、「Molecular Fluorescence: Principles and Applications」、第3版。(2006)、Wiley-VCHB. Valeur, “Molecular Fluorescence: Principles and Applications”, 3rd edition. (2006), Wiley-VCH NeedlemanおよびWunsch(J.Mol. Biol.、1970、48:443頁Needleman and Wunsch (J. Mol. Biol., 1970, 48: 443) American Type Culture Collection (ATCC) (www.ATCC.org)American Type Culture Collection (ATCC) (www.ATCC.org) 「Baculovirus Expression vectors, A Laboratory Manual」、David R. O'Reillyら著、Oxford University Press、USA、(1992)`` Baculovirus Expression vectors, A Laboratory Manual '', David R. O'Reilly et al., Oxford University Press, USA, (1992)

したがって、低減されたpH感受性を有しシアン蛍光性タンパク質を生成し、その一方でそれらのタンパク質に特異的であるスペクトル特性を保存する方法を開発する必要性がある。   Therefore, there is a need to develop methods that produce cyan fluorescent proteins with reduced pH sensitivity while preserving spectral characteristics that are specific for those proteins.

本発明は、低減されたpH感受性、特に酸性pHを有するシアン蛍光性タンパク質を生成する方法を提案する。前記方法によって得られたシアン蛍光性タンパク質の他に、本発明の他の態様は、前記タンパク質をコードする核酸、前記核酸を含む組換えベクター、前記タンパク質を発現する宿主細胞、前記タンパク質を含むバイオセンサー、ならびに前記タンパク質、前記核酸、前記宿主細胞および前記バイオセンサーの使用に関する。   The present invention proposes a method for producing cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity, in particular acidic pH. In addition to the cyan fluorescent protein obtained by the above method, another embodiment of the present invention includes a nucleic acid encoding the protein, a recombinant vector containing the nucleic acid, a host cell expressing the protein, and a bio containing the protein. It relates to the use of sensors and the proteins, nucleic acids, host cells and biosensors.

精製されたECFPr(配列番号4)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:pHの関数としての、最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度。グラフD:pHの関数としての、蛍光寿命<τ>(ns)。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (sequence number 4). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value as a function of pH. Graph D: Fluorescence lifetime <τ> (ns) as a function of pH. 精製されたECFPr(148G)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:pHの関数としての、最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:pHの関数としての、蛍光寿命<τ>(ns)-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148G). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum as a function of pH—comparison with ECFPr. Graph D: Comparison with fluorescence lifetime <τ> (ns) -ECFPr as a function of pH. 精製されたECFPr(148S)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148S). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(148A)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148A). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFP. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域u(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region u (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、148G)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 148G). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(72A、145A、148D)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:pHの関数としての、最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:pHの関数としての、蛍光寿命<τ>(ns)-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (72A, 145A, 148D). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum as a function of pH—comparison with ECFPr. Graph D: Comparison with fluorescence lifetime <τ> (ns) -ECFPr as a function of pH. 精製されたECFPr(72A、145A、148G)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (72A, 145A, 148G). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、72A、145A、148D)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、72A、148D、206K)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 72A, 148D, 206K). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、72A、148G、206K)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 72A, 148G, 206K). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、72A、206K)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:pHの関数としての、最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:pHの関数としての、蛍光寿命<τ>(ns)-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 72A, 206K). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum as a function of pH—comparison with ECFPr. Graph D: Comparison with fluorescence lifetime <τ> (ns) -ECFPr as a function of pH. 精製されたECFPr(148D)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148D). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(148N)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148N). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. 精製されたECFPr(148E)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148E). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. 精製されたECFPr(148R)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (148R). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. 精製されたECFPr(65S、148D)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 148D). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、148S)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 148S). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 精製されたECFPr(65S、148E)の蛍光特性のpH依存性を示す図である。グラフA:同じ領域に標準化した吸収スペクトル。グラフB:同じ領域(λex=420nm)に標準化した蛍光発光スペクトル。グラフC:最大値に標準化した474nm(Δλ=6nm)で放出された蛍光強度-ECFPrとの比較。グラフD:蛍光寿命-ECFPrとの比較。It is a figure which shows the pH dependence of the fluorescence characteristic of purified ECFPr (65S, 148E). Graph A: Absorption spectrum normalized to the same region. Graph B: Fluorescence emission spectrum normalized to the same region (λex = 420 nm). Graph C: Fluorescence intensity emitted at 474 nm (Δλ = 6 nm) normalized to the maximum value—comparison with ECFPr. Graph D: Fluorescence lifetime vs. ECFPr. 単独で発現されるかバイオセンサーに組み込まれる65Sおよび148G突然変異を少なくとも含む蛍光性タンパク質ECFPrの平均寿命-細胞内pHの関数として-を示す図である。ECFPrだけをコードするプラスミド(65S、148G)またはpHAKARバイオセンサーのいずれかで、BHK(ベビーハムスター腎臓)細胞をトランスフェクトした。FIG. 5 shows the life span of the fluorescent protein ECFPr, which at least contains the 65S and 148G mutations expressed alone or incorporated into a biosensor—as a function of intracellular pH. BHK (Baby Hamster Kidney) cells were transfected with either a plasmid encoding only ECFPr (65S, 148G) or a pHAKAR biosensor. シアン蛍光性タンパク質ECFPr、ECFPr(65S)、ECFPr(72A、145A、148D)およびECFPr(65S、72A、145A、148D)のスペクトル特性を示す図である。吸収スペクトル(点線)および発光スペクトル(実線)を、同じ領域(発色団バンドの最大値)に標準化した。発光スペクトルは、420nmの励起波長λexで記録した。It is a figure which shows the spectral characteristics of cyan fluorescent protein ECFPr, ECFPr (65S), ECFPr (72A, 145A, 148D) and ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D). Absorption spectrum (dotted line) and emission spectrum (solid line) were normalized to the same region (maximum value of chromophore band). The emission spectrum was recorded at an excitation wavelength λex of 420 nm. 65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の光物理的特性を示す図である。ε:モル吸光係数;Q.収量:蛍光発光の量子収量;τL:蛍光寿命の分布で最も長い寿命の値;cL:蛍光寿命の分布で最も長い蛍光寿命の時間構成要素の相対振幅;%Rev:0.2W/cm2の密度の急激な照射後の初期蛍光強度の減損の百分率;τRev(s):蛍光強度の初期減衰の時定数;τIrrev(s):0.2W/cm2の密度の長期照射下での蛍光の不可逆的減損の指数関数的時定数。FIG. 6 shows the photophysical properties of cyan fluorescent protein with or without a 65S mutation. ε: molar extinction coefficient; Q. yield: quantum yield of fluorescence emission; τ L : longest lifetime value in the fluorescence lifetime distribution; c L : relative amplitude of the time component of the longest fluorescence lifetime in the fluorescence lifetime distribution; % Rev: Percentage of initial fluorescence intensity loss after abrupt irradiation with a density of 0.2 W / cm 2 ; τ Rev (s): Time constant of initial decay of fluorescence intensity; τ Irrev (s): 0.2 W / cm 2 Exponential time constant of the irreversible loss of fluorescence under long-term irradiation at a density of. 65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の蛍光寿命分布を示す図である。分布は、最大エントロピー法による、タンパク質ECFPr、ECFPr(65S)、ECFPr(72A、145A、148D)およびECFPr(65S、72A、145A、148D)の蛍光減衰の分析を通して得られた。各タンパク質のために、pH7.4および20℃で実行した6つの独立した実験から分布を確立した。It is a figure which shows the fluorescence lifetime distribution of the cyan fluorescent protein which does not contain the 65S mutation. Distributions were obtained through analysis of fluorescence decay of proteins ECFPr, ECFPr (65S), ECFPr (72A, 145A, 148D) and ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D) by the maximum entropy method. For each protein, a distribution was established from 6 independent experiments performed at pH 7.4 and 20 ° C. ECFPrスペクトル特性のpH依存性を示す図である。(A)単位最大吸光度に標準化した吸収スペクトル、および(B)同じ領域に標準化した発光スペクトル。It is a figure which shows the pH dependence of ECFPr spectrum characteristics. (A) Absorption spectrum normalized to unit maximum absorbance, and (B) Emission spectrum normalized to the same region. 65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の蛍光の、酸性、中性および塩基性のpHでの発光スペクトルを示す図である。(A):ECFPr;(B):ECFPr(72A、145A、148D);(C):ECFPr(65S);(D)ECFPr(65S、72A、145A、148D)。FIG. 6 shows the emission spectra of cyan fluorescent protein with and without 65S mutation at acidic, neutral and basic pH. (A): ECFPr; (B): ECFPr (72A, 145A, 148D); (C): ECFPr (65S); (D) ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D). 65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の、酸性、中性および塩基性のpHでの吸収スペクトルを示す図である。(A):ECFPr;(B):ECFPr(72A、145A、148D);(C):ECFPr(65S);(D)ECFPr(65S、72A、145A、148D)。FIG. 5 shows absorption spectra at acidic, neutral and basic pH of cyan fluorescent protein with or without 65S mutation. (A): ECFPr; (B): ECFPr (72A, 145A, 148D); (C): ECFPr (65S); (D) ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D). 65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の可逆的光退色を示す図である。(A)精製蛍光性タンパク質で標識したアガロースビーズで実施した可逆的退色の動態。暗所での事前の平衡化の後、0.2W/cm2の電力密度の急激で一定の照射を15秒未満の間加え、その間、200msおきに画像を撮影した。その後照射を停止し、暗所で最低3分後、可逆性を検査するために一連の蛍光画像を収集した。連続線は、モデルFnorm=y0+y1t+y2 exp(-t/τRev)に基づく最良の調整に対応する。(B)シアン蛍光性タンパク質の可逆的光退色の振幅。FIG. 5 shows reversible photobleaching of cyan fluorescent protein with or without a 65S mutation. (A) Reversible fading kinetics performed on agarose beads labeled with purified fluorescent protein. After pre-equilibration in the dark, a rapid and constant illumination with a power density of 0.2 W / cm 2 was applied for less than 15 seconds, during which time images were taken every 200 ms. Irradiation was then stopped, and after a minimum of 3 minutes in the dark, a series of fluorescent images were collected to examine reversibility. The continuous line corresponds to the best adjustment based on the model F norm = y 0 + y 1 t + y 2 exp (−t / τRev). (B) Reversible photobleaching amplitude of cyan fluorescent protein. 一過性光退色の後のシアン蛍光性タンパク質ECFPrの光活性化蛍光復帰を示す図である。最大ランプ電力を1分間未満用いて、最初にECFPrタンパク質を光退色させた。次に、異なる照明計画の下で、照射停止後の蛍光強度の復帰を評価した:実験データを標準化し(マーカー)、モデルFnorm=y0+y1t+y2 exp(-t/τBack)に基づいて最良の調整(連続線)を評価した。FIG. 4 shows photoactivated fluorescence reversion of cyan fluorescent protein ECFPr after transient photobleaching. ECFPr protein was first photobleached using maximum lamp power for less than 1 minute. Next, under different lighting schemes, the return of fluorescence intensity after cessation of irradiation was evaluated: the experimental data was normalized (marker) and the model F norm = y 0 + y 1 t + y 2 exp (-t / τ The best adjustment (continuous line) was evaluated based on Back ). MDCK生細胞における65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の可逆的光退色を示す図である。実験条件は、アガロースビーズでの実験のために用いられたものと同一である。各曲線は、異なる個々の細胞から収集された4つから6つの減衰の平均を表す。連続線は、モデルFnorm=y0+y1t+y2 exp(-t/τRev)に基づく最良の調整である。FIG. 5 shows reversible photobleaching of cyan fluorescent protein with or without 65S mutation in MDCK live cells. The experimental conditions are the same as those used for the experiments with agarose beads. Each curve represents the average of 4 to 6 decays collected from different individual cells. The continuous line is the best adjustment based on the model F norm = y 0 + y 1 t + y 2 exp (−t / τ Rev ). MDCK生細胞における65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の不可逆的光退色を示す図である。(A)0.2W/cm2の電力密度の一定の照射を加え、この照射の間に20秒おきに画像を撮影した。各曲線は、個々の細胞から収集された4つから6つの減衰の平均である。連続線は、時定数τIrrevによる指数モデルからの減衰の最良の調整である。(B)電力密度の関数としてのECFPrの不可逆的退色速度の依存性。FIG. 5 shows irreversible photobleaching of cyan fluorescent protein with or without 65S mutation in live MDCK cells. (A) A constant irradiation with a power density of 0.2 W / cm 2 was applied, and images were taken every 20 seconds during this irradiation. Each curve is the average of 4 to 6 decays collected from individual cells. The continuous line is the best adjustment of the attenuation from the exponential model with the time constant τ Irrev . (B) Dependence of irreversible fading rate of ECFPr as a function of power density.

実際、本発明者らは、シアン蛍光性タンパク質ECFPのpH感受性が特定のアミノ酸、より詳しくはECFPタンパク質配列の65位および148位のアミノ酸の性質によって強く支配されることを発見した。したがって、本発明の方法は、配列番号2の配列のシアン蛍光性タンパク質ECFPに、好ましくはこの配列の65位および/または148位に突然変異が導入されるステップを含む。さらに、単一の突然変異の導入は、蛍光性タンパク質の物理化学的特性、特にスペクトル特性に劇的な影響を及ぼすことができるが(Espagneら、2011;Sawanoら、2000)、本発明者らによって同定された配列番号2の65位および/または148位の一部の突然変異の導入は、前記特性にマイナスの作用を及ぼさず、中性pHでのこれらのタンパク質の平均蛍光寿命(タウまたはτ)をさらに増加させ、pH1/2を低下させることができる。 In fact, the inventors have discovered that the pH sensitivity of the cyan fluorescent protein ECFP is strongly governed by the nature of specific amino acids, more specifically the amino acids 65 and 148 of the ECFP protein sequence. Thus, the method of the invention comprises the step of introducing a mutation into the cyan fluorescent protein ECFP of the sequence SEQ ID NO: 2, preferably at positions 65 and / or 148 of this sequence. In addition, the introduction of a single mutation can dramatically affect the physicochemical properties, especially the spectral properties, of fluorescent proteins (Espagne et al., 2011; Sawano et al., 2000). The introduction of some mutations at positions 65 and / or 148 of SEQ ID NO: 2 identified by have no negative effect on said properties, and the average fluorescence lifetime of these proteins at neutral pH (tau or τ) can be further increased and pH 1/2 can be decreased.

本発明による「シアン蛍光性タンパク質」は、エクオレア・ビクトリア(Aequorea victoria)(ECFP)タンパク質配列、配列番号2を起源とする全ての突然変異蛍光性タンパク質を指し、その吸収スペクトルは415〜450nmに含まれる吸光度最大値を示し、その発光スペクトルは470〜490nmに含まれる蛍光最大値を有する。好ましくは、前記タンパク質の吸収スペクトルはおよそ435nmの吸光度最大値を示し、それらの発光スペクトルはおよそ476nmの蛍光最大値を示す。吸収スペクトルは蛍光性タンパク質が励起される波長に対応し、発光スペクトルはタンパク質が蛍光を放出する波長に対応する。   “Cyan fluorescent protein” according to the present invention refers to all mutant fluorescent proteins originating from the Aequorea victoria (ECFP) protein sequence, SEQ ID NO: 2, whose absorption spectrum is comprised between 415 and 450 nm. The emission spectrum has a fluorescence maximum value contained in 470 to 490 nm. Preferably, the absorption spectrum of the protein exhibits an absorbance maximum at approximately 435 nm and their emission spectrum exhibits a fluorescence maximum at approximately 476 nm. The absorption spectrum corresponds to the wavelength at which the fluorescent protein is excited, and the emission spectrum corresponds to the wavelength at which the protein emits fluorescence.

したがって、本発明による突然変異シアン蛍光性タンパク質は、配列番号2のECFPのスペクトルに類似した吸収および発光スペクトルを示すという利点を有する。さらに、これらのタンパク質の蛍光強度(If)およびそれらの平均蛍光寿命(タウまたはτ)は、より広いpH範囲で安定し、より高いままである。 Thus, the mutated cyan fluorescent protein according to the present invention has the advantage of exhibiting an absorption and emission spectrum similar to that of the ECFP of SEQ ID NO: 2. Furthermore, the fluorescence intensity (I f ) of these proteins and their average fluorescence lifetime (tau or τ) are stable and remain higher over a wider pH range.

したがって、本発明の方法は、酸性pHでの蛍光強度(If)および平均蛍光寿命(τ)のその減損がECFPのそれらより低い、換言するとそれぞれ50%および33%より低い、好ましくは30%より低い、さらにより好ましくは20%より低いシアン蛍光性タンパク質を得ることを可能にする。さらにより好ましくは、これらの減損はゼロである。 Thus, the method of the present invention has a fluorescence intensity at acidic pH (I f ) and its loss of mean fluorescence lifetime (τ) is lower than that of ECFP, in other words less than 50% and 33%, preferably 30% respectively. It makes it possible to obtain lower, even more preferably less than 20% cyan fluorescent protein. Even more preferably, these impairments are zero.

これらの突然変異タンパク質の中性pHでの平均寿命は、ECFPと比較してさらに強化される。したがって、この寿命は2.5ナノ秒(ns)より優れ、4.12nsに到達することができる。   The life expectancy at neutral pH of these muteins is further enhanced compared to ECFP. Thus, this lifetime is better than 2.5 nanoseconds (ns) and can reach 4.12 ns.

本発明のタンパク質のpH1/2は、それが5.6未満であり、3.4、さらには3.1のpH1/2値に到達することもできるので、ECFPのものより低いpH1/2値へ低減もされる。 The pH 1/2 of the protein of the present invention is also reduced to a pH 1/2 value lower than that of ECFP, since it is less than 5.6 and can reach pH 1/2 values of 3.4 and even 3.1. Is done.

本発明の別の特定の利点は、これらの単一の突然変異を、FRET適用でより特に用いられる既存のバイオセンサーに直接的に導入することができるという事実に存する。本発明によるシアン蛍光性タンパク質は、バイオセンサーの中で、pH感受性が低減されているオレンジ色蛍光性タンパク質(TagRFP)または黄色蛍光性タンパク質(YFP型)に特にカップリングすることができる。したがって、そのようなバイオセンサーの開発は、任意のpH条件下、特に酸性pHでの様々な生物学的過程の研究を可能にし、それはECFPタンパク質のpH感受性のために今まで不可能であった。この点に関して、本発明者らは本発明のシアン蛍光性タンパク質がオレンジ色蛍光性タンパク質TagRFPにカップリングしている、低減されたpH感受性を有するバイオセンサーを開発した。   Another particular advantage of the present invention lies in the fact that these single mutations can be introduced directly into existing biosensors that are more particularly used in FRET applications. The cyan fluorescent protein according to the present invention can be specifically coupled in a biosensor to an orange fluorescent protein (TagRFP) or a yellow fluorescent protein (YFP type) with reduced pH sensitivity. Therefore, the development of such biosensors has made it possible to study various biological processes under any pH conditions, especially at acidic pH, which has never been possible due to the pH sensitivity of ECFP proteins . In this regard, the present inventors have developed a biosensor with reduced pH sensitivity in which the cyan fluorescent protein of the present invention is coupled to the orange fluorescent protein TagRFP.

したがって、本発明は、現在のリアルタイム定量的画像化方法の必要条件を満たし、酸性pH条件下でのシアン蛍光性タンパク質の使用を可能にする。   Thus, the present invention meets the requirements of current real-time quantitative imaging methods and allows the use of cyan fluorescent protein under acidic pH conditions.

本発明の第1の態様は、単一の突然変異が下記の配列番号2の配列を含むタンパク質配列に導入されるステップa)を含む、低減されたpH感受性を示すシアン蛍光性タンパク質を生成する方法である:
VSKGEELFTGVVPILVELDGDVNGHKFSVSGEGEGDATYGKLTLKFICTTGKLPVPWPTLVTTLTWGVQCFSRYPDHMKQHDFFKSAMPEGYVQERTIFFKDDGNYKTRAEVKFEGDTLVNRIELKGIDFKEDGNILGHKLEYNYISHNVYITADKQKNGIKANFKIRHNIEDGSVQLADHYQQNTPIGDGPVLLPDNHYLSTQSALSKDPNEKRDHMVLLEFVTAAGITLGMDELYK(配列番号2)。
A first aspect of the invention produces a cyan fluorescent protein exhibiting reduced pH sensitivity, comprising a step in which a single mutation is introduced into a protein sequence comprising the sequence of SEQ ID NO: 2 below. The way is:
VSKGEELFTGVVPILVELDGDVNGHKFSVSGEGEGDATYGKLTLKFICTTGKLPVPWPTLVTTLTWGVQCFSRYPDHMKQHDFFKSAMPEGYVQERTIFFKDDGNYKTRAEVKFEGDTLVNRIELKQDFKEDGNILGHKLEYNYISHNVYITADKQKGS

本明細書で、「含む」または「含有する」とは、記載される要素が必要であるか必須であるが、他の任意選択の要素が存在しても存在しなくてもよいことを意味する。   As used herein, “include” or “contain” means that the described element is necessary or essential, but other optional elements may or may not be present. To do.

したがって、本明細書で、「配列番号2の配列を含むタンパク質配列」は、配列番号2の配列がそのN末端またはC末端の位置にN末端のメチオニンなどの他のアミノ酸、シグナルペプチド配列、またはタンパク質の精製を可能にするアミノ酸配列でさえも含むことができることを意味する。タンパク質の精製を可能にするアミノ酸配列は、当業者が選択することができる。   Thus, as used herein, a “protein sequence comprising the sequence of SEQ ID NO: 2” refers to any other amino acid such as an N-terminal methionine, signal peptide sequence, or the sequence of SEQ ID NO: 2 at its N-terminal or C-terminal position, or It means that even amino acid sequences that allow protein purification can be included. A person skilled in the art can select an amino acid sequence that enables protein purification.

タンパク質の機能的特性に影響を及ぼさないペプチド配列、例えばポリヒスチジン配列および/またはプロテアーゼ切断部位配列に含まれるもの(例えば、配列がMSYYHHHHHHDYDIPTTENLYFQGAの配列番号70)。したがって、突然変異させるタンパク質配列は、配列番号4の配列を含むか、それからなることができる。   Peptide sequences that do not affect the functional properties of the protein, such as those contained in a polyhistidine sequence and / or a protease cleavage site sequence (eg, the sequence is MSYYHHHHHDYDIPTTENLYFQGA SEQ ID NO: 70). Thus, the protein sequence to be mutated can comprise or consist of the sequence of SEQ ID NO: 4.

別の好ましい実施形態により、前記配列番号2の配列は他のアミノ酸を含まず、その結果前記タンパク質配列は配列番号2の配列だけからなる。   According to another preferred embodiment, the sequence of SEQ ID NO: 2 does not contain other amino acids, so that the protein sequence consists only of the sequence of SEQ ID NO: 2.

好ましくは、前記突然変異は、配列番号2の配列の65位または148位に導入される。   Preferably, said mutation is introduced at position 65 or 148 of the sequence of SEQ ID NO: 2.

本発明の特定の実施形態により、本方法は、ステップa)の突然変異が148位に導入される場合は、追加の突然変異が配列番号2の配列の65位に導入される別のステップb)を含む。相反的に、ステップa)の突然変異が65位に導入される場合は、前記方法のステップb)は、追加の突然変異を配列番号2の配列の148位に導入することにある。   According to a particular embodiment of the invention, the method comprises that if the mutation of step a) is introduced at position 148, an additional mutation is introduced at position 65 of the sequence of SEQ ID NO: 2. )including. Conversely, if the mutation of step a) is introduced at position 65, step b) of the method consists in introducing an additional mutation at position 148 of the sequence of SEQ ID NO: 2.

本発明の別の特定の実施形態により、本方法は、上で規定されるステップa)およびステップb)からなる。   According to another particular embodiment of the invention, the method consists of steps a) and b) as defined above.

有利な実施形態により、本方法は、上で規定されるステップa)だけからなる。   According to an advantageous embodiment, the method consists only of step a) as defined above.

好ましくは、上記の方法の異なる実施形態により、65位のアミノ酸はセリンによって置換され、および/または148位のアミノ酸はグリシン、アラニン、セリンまたはグルタミン酸によって置換される。さらにより好ましくは、148位の前記アミノ酸は、グリシン、アラニンまたはセリンによって置換される。別の好ましい実施形態により、65位のアミノ酸はセリンによって置換され、148位のアミノ酸は、グリシン、アスパラギン酸、グルタミン酸またはセリン、好ましくはグリシン、アスパラギン酸またはセリンによって置換される。さらにより好ましくは、65位のアミノ酸はセリンによって置換され、148位のアミノ酸はグリシンによって置換される。   Preferably, according to different embodiments of the above method, the amino acid at position 65 is replaced by serine and / or the amino acid at position 148 is replaced by glycine, alanine, serine or glutamic acid. Even more preferably, said amino acid at position 148 is substituted by glycine, alanine or serine. According to another preferred embodiment, the amino acid at position 65 is replaced by serine and the amino acid at position 148 is replaced by glycine, aspartic acid, glutamic acid or serine, preferably glycine, aspartic acid or serine. Even more preferably, the amino acid at position 65 is substituted with serine and the amino acid at position 148 is replaced with glycine.

それがステップa)またはステップa)およびb)を含むかそれらからなるかどうかにかかわらず、本発明の方法は、低減されたpH感受性を示す、上で規定されるシアン蛍光性タンパク質の生成を可能にすると理解される。   Regardless of whether it comprises or consists of step a) or steps a) and b), the method of the present invention produces a cyan fluorescent protein as defined above that exhibits reduced pH sensitivity. It is understood to be possible.

65位のアミノ酸がセリンによって置換される場合には、本発明の方法に従って得られるシアン蛍光性タンパク質は、増加した量子収量、単純化された蛍光動態、低減された可逆的光退色、ならびに減速された不可逆的光退色も示す。それらの有利な光物理的特性の結果、少なくとも65S突然変異を含む本発明のシアン蛍光性タンパク質は、生細胞の画像化適用、例えばFRETまたはFLIM型適用で特に有益である。   When the amino acid at position 65 is replaced by serine, the cyan fluorescent protein obtained according to the method of the present invention has an increased quantum yield, simplified fluorescence kinetics, reduced reversible photobleaching, and slowed down. It also shows irreversible photobleaching. As a result of their advantageous photophysical properties, the cyan fluorescent proteins of the present invention containing at least the 65S mutation are particularly useful in live cell imaging applications such as FRET or FLIM type applications.

本発明の方法により、「突然変異」とは、ECFPタンパク質をコードする配列番号1のヌクレオチド配列の改変に続く、前記タンパク質の配列番号2のアミノ酸配列の変更を意味する。本発明による突然変異は、元のタンパク質配列と比較して、別のアミノ酸によるアミノ酸の付加、欠失または置換であってよい。好ましくは、前記突然変異は置換である。   According to the method of the present invention, “mutation” means a change in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 of the protein following modification of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding ECFP protein. A mutation according to the invention may be an amino acid addition, deletion or substitution with another amino acid compared to the original protein sequence. Preferably, the mutation is a substitution.

ヌクレオチド配列への突然変異の導入を可能にする方法は、当業者に公知である。例えば、ランダムもしくは定方向突然変異誘発によって、変性プライマーを用いるPCRによって、放射線によって、または突然変異誘発物質を用いることにより、突然変異を導入することが可能である。前記技術は、Sambrookら著、「Molecular Cloning: A laboratory Manual」、第3版、Cold Spring Harbor Laboratory Press、(2001)、およびAusubelら著、「Current Protocols in Molecular Biology」、John Wiley & Sons(2011)に特に記載される。好ましくは、本発明による突然変異は、定方向突然変異誘発によって導入される。前記突然変異を導入するために、当業者は機能的に同等のコドン(またはヌクレオチドトリプレット)、すなわち同じアミノ酸または生物学的に同等のアミノ酸をコードするコドンを用いることができるものと理解される。さらに、当業者が本発明の突然変異シアン蛍光性タンパク質の発現を最適化することを望むならば、様々な生物体およびオルガネラでのコドンの最適使用を掲載するウェブサイトhttp://www.kazusa.or.jp/codon/上のデータベースを参照することができる。   Methods that allow the introduction of mutations into nucleotide sequences are known to those skilled in the art. Mutations can be introduced, for example, by random or directed mutagenesis, by PCR using degenerate primers, by radiation, or by using mutagens. The technique is described in Sambrook et al., “Molecular Cloning: A laboratory Manual”, 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (2001), and Ausubel et al., “Current Protocols in Molecular Biology”, John Wiley & Sons (2011). ). Preferably, the mutation according to the invention is introduced by directed mutagenesis. It is understood that one skilled in the art can use functionally equivalent codons (or nucleotide triplets), ie, codons that encode the same amino acid or a biologically equivalent amino acid, to introduce the mutation. In addition, if one skilled in the art wishes to optimize the expression of the mutant cyan fluorescent protein of the present invention, a website listing the optimal use of codons in various organisms and organelles http: //www.kazusa You can refer to the database on .or.jp / codon /.

本発明との関連で、「アミノ酸」は、天然のα-アミノ酸(例えばアラニン(Ala、A)、アルギニン(Arg、R)、アスパラギン(Asn、N)、アスパラギン酸(Asp、D)、システイン(Cys)、グルタミン(Gln、Q)、グルタミン酸(Glu、E)、グリシン(Gly、G)、ヒスチジン(His、H)、イソロイシン(Ile、I)、ロイシン(Leu、L)、リシン(Lys、K)、メチオニン(Met、M)、フェニルアラニン(Phe、F)、プロリン(Pro、P)、セリン(Ser、S)、トレオニン(Thr、T)、トリプトファン(Trp、W)、チロシン(Tyr、Y)およびバリン(Val、V)のDまたはL形)、ならびに非天然のアミノ酸の全ての残基を意味する。   In the context of the present invention, an `` amino acid '' means a natural α-amino acid (e.g. alanine (Ala, A), arginine (Arg, R), asparagine (Asn, N), aspartic acid (Asp, D), cysteine ( Cys), glutamine (Gln, Q), glutamic acid (Glu, E), glycine (Gly, G), histidine (His, H), isoleucine (Ile, I), leucine (Leu, L), lysine (Lys, K) ), Methionine (Met, M), phenylalanine (Phe, F), proline (Pro, P), serine (Ser, S), threonine (Thr, T), tryptophan (Trp, W), tyrosine (Tyr, Y) And D or L form of valine (Val, V)), as well as all residues of unnatural amino acids.

本発明の別の態様は、ステップa)またはステップa)およびb)を含むかそれらからなる上記の方法によって得られた、低減されたpH感受性を有するシアン蛍光性タンパク質に関する。   Another aspect of the invention relates to a cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity obtained by the above method comprising or consisting of step a) or steps a) and b).

本明細書で、本発明による「pH感受性」またはpH依存性は、タンパク質が存在する媒体のpHが塩基性pHから酸性pHになるときのシアン蛍光性タンパク質の蛍光強度(If)の減損および/または蛍光寿命(タウまたはτ)の減少を意味する。本発明によるpH感受性は、2つの上記基準の少なくとも1つによって規定することができる。 As used herein, “pH sensitivity” or pH dependence according to the present invention refers to the loss of fluorescence intensity (I f ) of cyan fluorescent protein when the pH of the medium in which the protein is present goes from basic pH to acidic pH and Means a decrease in fluorescence lifetime (tau or τ). The pH sensitivity according to the present invention can be defined by at least one of the two above criteria.

好ましくは、用語「pH感受性」は、タンパク質が存在する媒体のpHが塩基性pHから酸性pHになるときのシアン蛍光性タンパク質の蛍光強度(If)の減損および蛍光寿命(タウまたはτ)の減少を指す。本発明により、用語減損、低下、減少、減衰または低減は同義であり、互換的に用いることができる。 Preferably, the term “pH-sensitive” refers to the loss of fluorescence intensity (I f ) and fluorescence lifetime (tau or τ) of cyan fluorescent protein when the pH of the medium in which the protein is present goes from basic pH to acidic pH. Refers to a decrease. According to the present invention, the terms impairment, reduction, reduction, attenuation or reduction are synonymous and can be used interchangeably.

用語蛍光強度(If)、量子収量または輝度は、相互依存している。本発明との関連で、用語「蛍光強度」は、所与の波長で容量1単位につき、および時間1単位につき蛍光性タンパク質によって放出される光子数を意味する。用語「量子収量」は、発光スペクトル全体での放出蛍光の強度の比、および前記タンパク質の吸収強度の比を指す。用語「輝度」に関しては、これは、前記タンパク質の量子収量およびモル吸収係数の積を指す。 The terms fluorescence intensity (I f ), quantum yield or brightness are interdependent. In the context of the present invention, the term “fluorescence intensity” means the number of photons emitted by a fluorescent protein per unit of volume at a given wavelength and per unit of time. The term “quantum yield” refers to the ratio of the intensity of emitted fluorescence across the emission spectrum and the ratio of the absorption intensity of said protein. With respect to the term “brightness” this refers to the product of the quantum yield and molar absorption coefficient of the protein.

蛍光性タンパク質の「蛍光強度」は、分光蛍光光度計、例えばFluorolog(登録商標)3(HORIBA Jobin Yvon)などを用いて、および低濃度条件、例えば、   The “fluorescence intensity” of the fluorescent protein is determined using a spectrofluorometer, such as Fluorolog® 3 (HORIBA Jobin Yvon), and at low concentration conditions, such as

の下で得ることができ、それは、 It can be obtained under

で表され、上式で、
-ε(λex)およびI0ex)は、前記タンパク質のモル吸収係数および励起波長λexでの入射光線の強度をそれぞれ指し;
- f(λem)は、発光波長λemでの蛍光強度を表す。
And the above formula,
-ε (λ ex ) and I 0ex ) refer to the molar absorption coefficient of the protein and the intensity of incident light at the excitation wavelength λ ex , respectively;
-f (λ em ) represents the fluorescence intensity at the emission wavelength λ em .

発光スペクトルに組み込むと、このパラメータは、量子収量に等しく;
- Cは、前記タンパク質の濃度であり;
- lは、試料中の光路の長さである。
When incorporated into the emission spectrum, this parameter is equal to the quantum yield;
-C is the concentration of the protein;
-l is the length of the optical path in the sample.

これらのパラメータの測定を可能にする方法は、B. Valeur著、「Molecular Fluorescence: Principles and Applications」、第3版。(2006)、Wiley-VCHに記載される。   A method that allows the measurement of these parameters is B. Valeur, "Molecular Fluorescence: Principles and Applications", 3rd edition. (2006), described in Wiley-VCH.

さらに、蛍光強度の測定は、以下の変動を考慮することを可能にする:
-モル吸収係数、したがって吸収スペクトル;
-タンパク質を異なるpH条件下で研究するときの、発光波長での、したがって発光スペクトルの伸長による発光の可能性。
In addition, the measurement of fluorescence intensity makes it possible to take into account the following fluctuations:
-Molar absorption coefficient, hence absorption spectrum;
-The possibility of luminescence at the emission wavelength and hence by extension of the emission spectrum when studying proteins under different pH conditions.

用語「蛍光寿命」(タウ、<τ>)は、蛍光性タンパク質がその基底状態に戻るまで励起状態のままである平均時間を意味する。この持続時間は、好ましくはナノ秒で測定される。ここでは、蛍光寿命は平均寿命(<τ>)であり、蛍光発光減衰I(t)を、式:   The term “fluorescence lifetime” (Tau, <τ>) means the average time that a fluorescent protein remains in an excited state until it returns to its ground state. This duration is preferably measured in nanoseconds. Here, the fluorescence lifetime is the average lifetime (<τ>), and the fluorescence emission decay I (t) is expressed by the formula:

による指数合計を用いて調整することによって得られ、 Obtained by adjusting using the index sum by

である。 It is.

ここでは、蛍光発光減衰は、O'Connorら(1984)によって記載される特異な光子計数法によって得られる。   Here, fluorescence decay is obtained by the unique photon counting method described by O'Connor et al. (1984).

蛍光寿命を測定する方法の中で、我々は蛍光寿命画像化鏡検(FLIM)および時間相関単一光子計数法(TCSPC)を引用することができる。   Among the methods for measuring fluorescence lifetime, we can cite fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) and time correlated single photon counting (TCSPC).

上記の方法は、好ましくは0℃〜100℃に含まれる温度範囲で、好ましくは1℃〜90℃、2℃〜80℃、3℃〜70℃、4℃〜60℃、5℃〜50℃に含まれる範囲で、さらにより好ましくは6℃〜40℃、7℃〜30℃、8℃〜25℃、9℃〜24℃、10℃〜23℃、さらにより好ましくは11℃〜22℃、12℃〜21℃に含まれる範囲で実施することができる。有利には、前記温度範囲は20℃±0.1℃である。   The above method is preferably in the temperature range comprised between 0 ° C and 100 ° C, preferably 1 ° C to 90 ° C, 2 ° C to 80 ° C, 3 ° C to 70 ° C, 4 ° C to 60 ° C, 5 ° C to 50 ° C. More preferably 6 ° C to 40 ° C, 7 ° C to 30 ° C, 8 ° C to 25 ° C, 9 ° C to 24 ° C, 10 ° C to 23 ° C, even more preferably 11 ° C to 22 ° C, It can implement in the range contained in 12 to 21 degreeC. Advantageously, the temperature range is 20 ° C. ± 0.1 ° C.

塩基性pHとは7〜14に含まれるpH値を意味し、酸性pHとは0〜7に含まれるpH値を意味する。したがって、本発明による前記pH感受性は、0から14のpH範囲、好ましくはpH1からpH13、pH2からpH12のpH範囲にわたって、より好ましくはpH2.5からpH11、pH3から10、pH4からpH9の範囲にわたって、さらにより好ましくはpH5からpH8およびpH5.5からpH7.5の範囲にわたって研究される。有利には、試験されるpHは、pH5.5からpH7.4までである。上記の減損、減少または変化は、本発明により、最も塩基性のpHと最も酸性のpHの間で常に測定される。   The basic pH means a pH value included in 7 to 14, and the acidic pH means a pH value included in 0 to 7. Thus, the pH sensitivity according to the present invention is over a pH range of 0 to 14, preferably over a pH range of pH 1 to pH 13, pH 2 to pH 12, more preferably over a range of pH 2.5 to pH 11, pH 3 to 10, pH 4 to pH 9. Even more preferably, it is studied over a range of pH 5 to pH 8 and pH 5.5 to pH 7.5. Advantageously, the pH tested is from pH 5.5 to pH 7.4. The above depletion, reduction or change is always measured according to the invention between the most basic pH and the most acidic pH.

「低減されたpH感受性」とは、本発明の方法により得られたタンパク質の蛍光強度(If)の減損が、前記タンパク質が存在する媒体のpHが塩基性pHから酸性pHになるとき、50%より低く、好ましくは33%より低く、さらにより好ましくは30%、25%、20%、15%、10%、5%より低く、有利には0%に等しいことを意味する。より詳しくは、前記pHがpH7.4からpH5.5になるときに、蛍光強度の前記減損は50%より低く、好ましくは33%より低く、さらにより好ましくは30%、25%、20%、15%、10%、5%より低く、有利には0%に等しい。 “Reduced pH sensitivity” refers to a decrease in the fluorescence intensity (I f ) of a protein obtained by the method of the present invention when the pH of the medium in which the protein is present changes from a basic pH to an acidic pH. Means less than%, preferably less than 33%, even more preferably less than 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, advantageously equal to 0%. More specifically, when the pH is from pH 7.4 to pH 5.5, the loss of fluorescence intensity is less than 50%, preferably less than 33%, and even more preferably 30%, 25%, 20%, Less than 15%, 10%, 5%, advantageously equal to 0%.

用語「低減されたpH感受性」は、本発明の方法により得られたタンパク質の蛍光寿命(タウまたはτ)の減損が、前記タンパク質が存在する媒体のpHが塩基性pHから酸性pHになるとき、33%より低く、好ましくは32%より低く、さらにより好ましくは30%、25%、20%、15%、10%、5%より低く、有利には0%に等しいことを意味することもできる。より詳しくは、前記pHがpH7.4からpH5.5になるときに、蛍光寿命の前記減損は33%より低く、好ましくは32%より低く、さらにより好ましくは30%、25%、20%、15%、10%、5%より低く、有利には0%に等しい。   The term “reduced pH sensitivity” means that the loss of fluorescence lifetime (tau or τ) of a protein obtained by the method of the present invention is such that when the pH of the medium in which the protein is present goes from basic pH to acidic pH. It can also mean less than 33%, preferably less than 32%, even more preferably less than 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, advantageously equal to 0%. . More specifically, when the pH goes from pH 7.4 to pH 5.5, the loss of fluorescence lifetime is less than 33%, preferably less than 32%, even more preferably 30%, 25%, 20%, Less than 15%, 10%, 5%, advantageously equal to 0%.

上で規定される2つの基準の少なくとも1つが満たされるとき、本発明により、シアン蛍光性タンパク質のpH感受性は低減される。   When at least one of the two criteria defined above is met, the present invention reduces the pH sensitivity of the cyan fluorescent protein.

好ましくは、上で規定される2つの基準が満たされる場合に、シアン蛍光性タンパク質のpH感受性は低減される。   Preferably, the pH sensitivity of the cyan fluorescent protein is reduced if the two criteria defined above are met.

これらの基準に加えて、「低減されたpH感受性」を有するシアン蛍光性タンパク質は、ECFPのpH1/2値に対してそれらの半移行pH(pH1/2)の低下を時には示すことができる。したがって、pH1/2の低下は、少なくとも0.1、0.2、0.3、0.4pH単位、好ましくは少なくとも0.5、1、1.5、2pH単位、さらにより好ましくは少なくとも2.2pH単位である。 In addition to these criteria, cyan fluorescent proteins with “reduced pH sensitivity” sometimes show a decrease in their half-transition pH (pH 1/2 ) relative to the ECFP pH 1/2 value. it can. Accordingly, the reduction in pH 1/2 is at least 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 pH units, preferably at least 0.5, 1, 1.5, 2 pH units, and even more preferably at least 2.2 pH units.

本明細書で、本発明による「pH1/2」は、上で規定される最も塩基性のpHおよび最も酸性のpHでのタンパク質の474nmでの蛍光強度の合計が半減されるpH値を意味する。蛍光強度は、上で規定される方法で測定される。好ましくは、pH1/2は、pH7.4およびpH2.5での前記タンパク質の474nmでの蛍光強度の合計が半減されるpH値である。蛍光性タンパク質の半移行pHを測定するための同等の方法は、各試験pH値で、420nmでの励起によって得られる蛍光発光スペクトルの下の面積を計算することによって、前記タンパク質によって放出される総蛍光の強度を測定することにある。この総強度は、次に420nmでの吸光度から補正される。半移行期間は、類似した計算法によってこのように得られる補正された総強度のpHの関数としての変動から推定することもできる(これらの総強度の合計などのpH値は最も塩基性のpHであり、最も酸性では半減される)。 As used herein, “pH 1/2 ” according to the present invention means the pH value at which the sum of the fluorescence intensity at 474 nm of the protein at the most basic pH and the most acidic pH as defined above is halved. To do. The fluorescence intensity is measured by the method defined above. Preferably, pH 1/2 is the pH value at which the total fluorescence intensity at 474 nm of the protein at pH 7.4 and pH 2.5 is halved. An equivalent method for measuring the semi-transition pH of a fluorescent protein is the total amount released by the protein by calculating the area under the fluorescence emission spectrum obtained by excitation at 420 nm at each test pH value. The purpose is to measure the intensity of fluorescence. This total intensity is then corrected from the absorbance at 420 nm. The semi-transition period can also be estimated from variations as a function of the pH of the corrected total intensity thus obtained by similar calculation methods (pH values such as the sum of these total intensities are the most basic pH And the most acidic is halved).

さらに、これらのタンパク質は、ECFP寿命と比較してpH7.4でそれらの蛍光寿命(タウまたはτ)の前向きの増加を示すこともできる。したがって、τ値の増加は、少なくとも0.1ns、好ましくは少なくとも0.5ns、1ns、さらにより好ましくは少なくとも1.5nsである。   Furthermore, these proteins can also show a positive increase in their fluorescence lifetime (tau or τ) at pH 7.4 compared to the ECFP lifetime. Accordingly, the increase in τ value is at least 0.1 ns, preferably at least 0.5 ns, 1 ns, and even more preferably at least 1.5 ns.

それにもかかわらず、「低減されたpH感受性」特性は、熱力学または動態学的安定性、より一般的には「安定性」として知られるものに例えるべきでない。実際、タンパク質の「安定性」は、外部の物理化学的条件(温度、気圧など)の所与の範囲内でのこのタンパク質のネイティブ構造の保持で特徴づけられ、それは、タンパク質構造を破壊するために用いられる外部条件だけでなくこのタンパク質の変性状態を評価するために選択されるパラメータにも依存するので、評価するのが困難なことがある複雑な概念である。   Nevertheless, the “reduced pH sensitivity” property should not be compared to what is known as thermodynamic or kinetic stability, more commonly “stability”. In fact, the “stability” of a protein is characterized by the retention of the native structure of this protein within a given range of external physicochemical conditions (temperature, pressure, etc.) because it destroys the protein structure This is a complex concept that can be difficult to evaluate because it depends not only on the external conditions used for the protein, but also on the parameters selected to evaluate the denaturation state of this protein.

シアン蛍光性タンパク質を記載する本発明による基準は、以下の規則に従う:ECFP(突然変異アミノ酸番号-導入されたアミノ酸の名前)。   The criteria according to the present invention describing cyan fluorescent protein follow the following rule: ECFP (mutant amino acid number-name of the introduced amino acid).

本発明によるアミノ酸のナンバリングは、N末端メチオニンアミノ酸に基づく従来のものでなく、ECFP配列番号2の配列のバリンアミノ酸に基づくものである。したがって、配列番号2の配列は、突然変異したアミノ酸の番号または位置を割り当てるための参照としての役割を果たし、導入されるアミノ酸の名前は、さらに記載されるように、配列番号2の配列と本発明の方法によって得られるシアン蛍光性タンパク質のそれとの最適アラインメントを実行することによって決定することができる。   Amino acid numbering according to the present invention is based on the valine amino acid sequence of ECFP SEQ ID NO: 2 rather than the conventional one based on the N-terminal methionine amino acid. Thus, the sequence of SEQ ID NO: 2 serves as a reference for assigning the number or position of the mutated amino acid, and the name of the introduced amino acid is the same as the sequence of SEQ ID NO: 2, as further described. It can be determined by performing an optimal alignment with that of the cyan fluorescent protein obtained by the method of the invention.

本発明による低減されたpH感受性を有するシアン蛍光性タンパク質の例は、配列番号6、配列番号8、配列番号58、配列番号10、配列番号12、配列番号14、配列番号60、配列番号72、配列番号74および配列番号76(下記のTable 1(表1)を参照)の配列からなる群の中から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   Examples of cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity according to the present invention are SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 58, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 60, SEQ ID NO: 72, A protein sequence selected from the group consisting of the sequences of SEQ ID NO: 74 and SEQ ID NO: 76 (see Table 1 below) is included or is not limited thereto.

本発明の好ましい実施形態により、本発明によるシアン蛍光性タンパク質は、配列番号12、配列番号14、配列番号60、配列番号74および配列番号76の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to a preferred embodiment of the present invention, the cyan fluorescent protein according to the present invention is not limited to a protein sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 60, SEQ ID NO: 74 and SEQ ID NO: 76. Contain or consist of.

別の有利な実施形態により、本発明によるシアン蛍光性タンパク質は、配列番号12の配列のタンパク質配列を含むかそれからなる。   According to another advantageous embodiment, the cyan fluorescent protein according to the invention comprises or consists of a protein sequence of the sequence SEQ ID NO: 12.

本発明は、上で規定されるシアン蛍光性タンパク質をコードする核酸にも関する。   The invention also relates to a nucleic acid encoding a cyan fluorescent protein as defined above.

「核酸」またはヌクレオチド配列は、cDNA、ゲノムDNAおよびプラスミドDNAから選択される一本鎖または二本鎖DNAならびに前記DNAの転写生成物の両方に対応することができる、非天然のヌクレオチドを含むか含まない、核酸の断片または領域を規定することを可能にする、改変されたか改変されていないヌクレオチドの正確な鎖を意味する。   Does the “nucleic acid” or nucleotide sequence comprise non-natural nucleotides that can correspond to both single-stranded or double-stranded DNA selected from cDNA, genomic DNA and plasmid DNA and the transcription products of said DNA? It means the exact strand of modified or unmodified nucleotides that makes it possible to define a nucleic acid fragment or region that does not contain.

本発明による核酸の例は、配列番号5、配列番号7、配列番号57、配列番号9、配列番号11、配列番号13、配列番号59、配列番号71、配列番号73および配列番号75(下記のTable 1(表1)を参照)の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   Examples of nucleic acids according to the present invention are SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 57, SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 59, SEQ ID NO: 71, SEQ ID NO: 73 and SEQ ID NO: 75 (see below It includes, or is not limited to, a nucleotide sequence selected from the group consisting of the sequences in Table 1 (see Table 1).

本発明の好ましい実施形態により、核酸は、配列番号11、配列番号13、配列番号59、配列番号73および配列番号75の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to a preferred embodiment of the invention, the nucleic acid comprises or consists of a nucleotide sequence selected from the group consisting of the sequence of SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 59, SEQ ID NO: 73 and SEQ ID NO: 75. .

別の有利な実施形態により、本発明による核酸は、配列番号11の配列のヌクレオチド配列を含むかそれからなる。   According to another advantageous embodiment, the nucleic acid according to the invention comprises or consists of the nucleotide sequence of the sequence SEQ ID NO: 11.

上で規定される核酸は、それらの配列の5'末端に開始コドンおよび/または3'末端に終止コドンを含むか含まないことができる。開始コドンには、コドン(またはトリヌクレオチド、またはヌクレオチドトリプレット)のATG、AUG、TTG、UUG、GTG、GUG、CTGおよびCUGが非限定的に含まれ、翻訳される前記核酸がある宿主細胞に基づいて当業者が選択することができる。終止コドンには、コドンのTAG、UAG、TAA、UAA、TGAおよびUGAが特に含まれ、翻訳される前記核酸がある宿主細胞に基づいて当業者が選択することができる。   The nucleic acids defined above may or may not contain a start codon at the 5 ′ end and / or a stop codon at the 3 ′ end of their sequences. Initiation codons include, but are not limited to, codons (or trinucleotides or nucleotide triplets) ATG, AUG, TTG, UUG, GTG, GUG, CTG and CUG, based on the host cell in which the nucleic acid to be translated is present. Can be selected by those skilled in the art. Stop codons specifically include the codons TAG, UAG, TAA, UAA, TGA and UGA, which can be selected by one skilled in the art based on the host cell in which the nucleic acid to be translated is present.

有利には、これらの核酸は、それらがコードするシアン蛍光性タンパク質が別のタンパク質と直接的または間接的に融合するとき、開始コドンおよび/または終止コドンを含まない。   Advantageously, these nucleic acids do not include a start codon and / or a stop codon when the cyan fluorescent protein they encode is fused directly or indirectly to another protein.

これらの核酸は、それらの5'末端および/または3'末端に、シグナルペプチドをコードするヌクレオチド配列および/またはそれらがコードするタンパク質の精製を可能にするアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含むこともできる。後者は、タンパク質の機能的特性に影響を及ぼさないヌクレオチド、例えばポリヒスチジン配列および/またはプロテアーゼ切断部位配列の中から当業者が選択することができる(例えば、配列がATGTCGTACT ACCATCACCA TCACCATCAC GATTACGATA TCCCAACGAC CGAAAACCTG TATTTTCAGG GCGCCの配列番号69)。   These nucleic acids may also contain, at their 5 ′ and / or 3 ′ ends, nucleotide sequences that encode signal peptides and / or amino acid sequences that allow purification of the proteins they encode. it can. The latter can be selected by those skilled in the art from nucleotides that do not affect the functional properties of the protein, e.g. polyhistidine sequences and / or protease cleavage site sequences (e.g. the sequence is ATGTCGTACT ACCATCACCA TCACCATCAC GATTACGATA TCCCAACGAC CGAAAACCTG TATTTTCAGG GCGCC SEQ ID NO: 69).

本発明の別の実施形態により、本方法は、ステップa)、またはステップa)およびステップb)に加えて、9G、11I、19E、26R、68L、72A、87V、145A、164H、167A、172T、175G、194Iおよび206Kの群から選択される少なくとも1つの他の突然変異が配列番号2の配列に導入され、ステップa)および/またはステップb)の前か後のいずれかに実行されるステップc)を含む。   According to another embodiment of the present invention, the method comprises 9G, 11I, 19E, 26R, 68L, 72A, 87V, 145A, 164H, 167A, 172T in addition to step a), or step a) and step b). , 175G, 194I and 206K, wherein at least one other mutation is introduced into the sequence of SEQ ID NO: 2 and is performed either before or after step a) and / or step b) including c).

したがって、本発明による「シアン蛍光性タンパク質」は、65位および148位以外の位置に1つまたはいくつかの補助的(または追加の)突然変異を有することができるが、ただし、これらの突然変異が、前述の本発明のタンパク質の吸収および発光スペクトルの保存を可能にする場合に限る。そのような保存的な突然変異は、当業者に公知であり、突然変異9G、11I、19E、26R、68L、72A、87V、145A、164H、167A、172T、175G、194Iおよび206Kの中から、好ましくは突然変異26R、72A、145A、164Hおよび206Kの中から非限定的に選択することができる。これらの補助的突然変異は、同一の方法により、本発明に特徴的な65位および/または148位の突然変異の前か後にさらに導入することができる。したがって、ステップa)、b)およびc)を含むかそれらからなる本発明の方法は、低減されたpH感受性を示す、上で規定されるシアン蛍光性タンパク質の生成を可能にする。   Thus, a “cyan fluorescent protein” according to the present invention can have one or several auxiliary (or additional) mutations at positions other than positions 65 and 148, provided that these mutations But only if it allows preservation of the absorption and emission spectra of the protein of the invention described above. Such conservative mutations are known to those skilled in the art and are among the mutations 9G, 11I, 19E, 26R, 68L, 72A, 87V, 145A, 164H, 167A, 172T, 175G, 194I and 206K, Preferably, the mutations 26R, 72A, 145A, 164H and 206K can be selected without limitation. These auxiliary mutations can be further introduced in the same way either before or after the 65 and / or 148 mutations characteristic of the present invention. Thus, the method of the invention comprising or consisting of steps a), b) and c) enables the production of a cyan fluorescent protein as defined above that exhibits reduced pH sensitivity.

したがって、このように突然変異シアン蛍光性タンパク質のアミノ酸配列は、隣接して、または隣接せずに、ECFPの配列番号2の配列と少なくとも約60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%の同一性を示すことができる。好ましくは、本発明によるアミノ酸配列は、隣接して、または隣接せずに、配列番号2の配列と少なくとも約85%、有利には少なくとも約90%の同一性を示す。さらにより好ましくは、本発明によるアミノ酸配列は、隣接して、または隣接せずに、配列番号2の配列と少なくとも約95%の同一性、有利には少なくとも約97%、さらにより好ましくは少なくとも約99%の同一性を示す。   Thus, the amino acid sequence of the mutant cyan fluorescent protein is thus at least about 60%, 65%, 70%, 75%, 80% with the sequence of ECFP SEQ ID NO: 2, either adjacent or not adjacent. 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% identity. Preferably, the amino acid sequence according to the present invention exhibits at least about 85%, advantageously at least about 90% identity with the sequence of SEQ ID NO: 2, adjacent or not. Even more preferably, the amino acid sequence according to the present invention has at least about 95% identity, advantageously at least about 97%, even more preferably at least about Shows 99% identity.

上記の同一性百分率は、比較するアミノ酸配列の(ここでは配列番号2の配列との)最適アラインメントを実行することによって求めることができ、この百分率は純粋に統計的であり、2つの配列間の差はそれらの全長にわたって分布する。このアラインメントは当業者に公知であるアルゴリズム、例えばNeedlemanおよびWunsch(J.Mol. Biol.、1970、48:443頁)のグローバルアラインメントおよびコンピュータ化されたアプリケーションを用いて、またはただ単なる検査によって実行することができる。最良のアラインメント(すなわち最も高い百分率の同一性を生成するもの)を次に選択する。2つのアミノ酸配列間の同一性百分率は、これらの2つの配列の最適アラインメントのために、参照配列(ここでは配列番号2の配列)と比較して、比較されるアミノ酸配列が付加または欠失を含むことができる最適な様式でアラインメントさせたこれらの2つの配列を比較することによって求められる。同一性百分率は、アミノ酸残基が2つの配列の間で同一である同一位置の数を求め、この同一位置の数を位置の総数で割り、得られた結果を100倍して、これらの2つの配列の間で同一性百分率を得ることによって計算される。   The above percentage identity can be determined by performing an optimal alignment of the amino acid sequences to be compared (here with the sequence of SEQ ID NO: 2), this percentage is purely statistical and between the two sequences Differences are distributed over their entire length. This alignment is performed using algorithms known to those skilled in the art, such as the global alignment and computerized application of Needleman and Wunsch (J. Mol. Biol., 1970, 48: 443) or simply by inspection. be able to. The best alignment (ie the one that produces the highest percentage identity) is then selected. The percent identity between two amino acid sequences is determined by the addition or deletion of the compared amino acid sequence compared to a reference sequence (here, the sequence of SEQ ID NO: 2) for optimal alignment of these two sequences. It is determined by comparing these two sequences aligned in an optimal manner that can be included. The percent identity is determined by determining the number of identical positions where amino acid residues are identical between the two sequences, dividing the number of identical positions by the total number of positions and multiplying the result obtained by 100. Calculated by obtaining the percent identity between two sequences.

好ましくは、1〜20個の補助的突然変異、好ましくは1〜10個の突然変異、さらにより好ましくは1〜5個の突然変異、有利には1〜2個の突然変異を配列番号2の配列に導入することができる。   Preferably 1 to 20 auxiliary mutations, preferably 1 to 10 mutations, even more preferably 1 to 5 mutations, advantageously 1 to 2 mutations of SEQ ID NO: 2. Can be introduced into the sequence.

本発明の好ましい実施形態により、配列番号2の配列に導入される追加の突然変異は、突然変異9G、11I、19E、26R、68L、72A、87V、145A、164H、167A、172T、175G、194Iおよび206Kの中から単独で選択される。さらにより好ましくは、これらの追加の突然変異は、突然変異26R、72A、145A、164Hおよび206Kの中から単独で選択される。   According to a preferred embodiment of the present invention, the additional mutations introduced into the sequence of SEQ ID NO: 2 are the mutations 9G, 11I, 19E, 26R, 68L, 72A, 87V, 145A, 164H, 167A, 172T, 175G, 194I And 206K alone. Even more preferably, these additional mutations are selected alone from among mutations 26R, 72A, 145A, 164H and 206K.

このように生成することができるタンパク質の例は、配列番号16、配列番号18、配列番号20、配列番号62、配列番号22、配列番号24、配列番号26、配列番号64、配列番号28、配列番号30、配列番号32、配列番号66、配列番号34、配列番号80および配列番号82(下記のTable 1(表1)を参照)の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   Examples of proteins that can be generated in this way are SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, SEQ ID NO: 62, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 64, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: A protein sequence selected from the group consisting of the sequence of SEQ ID NO: 30, SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 66, SEQ ID NO: 34, SEQ ID NO: 80 and SEQ ID NO: 82 (see Table 1 below) is not limited. Contains or consists of.

好ましい実施形態により、本発明のシアン蛍光性タンパク質は、配列番号18、配列番号20、配列番号62、配列番号22、配列番号24、配列番号26、配列番号64、配列番号28、配列番号30、配列番号32、配列番号66、配列番号34、配列番号80および配列番号82の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to a preferred embodiment, the cyan fluorescent protein of the present invention comprises SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, SEQ ID NO: 62, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 64, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 30, A protein sequence selected from the group consisting of the sequence of SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 66, SEQ ID NO: 34, SEQ ID NO: 80 and SEQ ID NO: 82 is included or consists in a non-limiting manner.

さらにより好ましい実施形態により、本発明によるシアン蛍光性タンパク質は、配列番号18、配列番号20、配列番号62、配列番号22、配列番号24、配列番号26、配列番号64、配列番号28、配列番号30、配列番号32、配列番号66、配列番号80および配列番号82の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to an even more preferred embodiment, the cyan fluorescent protein according to the invention comprises SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, SEQ ID NO: 62, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 64, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 30, comprises or consists of a protein sequence selected from the group consisting of the sequences of SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 66, SEQ ID NO: 80, and SEQ ID NO: 82.

さらにより好ましくは、本発明のシアン蛍光性タンパク質は、配列番号22、配列番号24、配列番号26、配列番号64、配列番号28、配列番号30、配列番号32、配列番号66、配列番号80および配列番号82の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   Even more preferably, the cyan fluorescent protein of the invention comprises SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 64, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 30, SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 66, SEQ ID NO: 80 and A protein sequence selected from the group consisting of the sequence of SEQ ID NO: 82 is included or consists in a non-limiting manner.

さらにより有利な実施形態により、本発明のシアン蛍光性タンパク質は、配列番号22、配列番号24、配列番号26および配列番号64の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to an even more advantageous embodiment, the cyan fluorescent protein of the invention comprises, but is not limited to, a protein sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26 and SEQ ID NO: 64 It consists of it.

本発明の別の有利な実施形態により、本発明のシアン蛍光性タンパク質は、配列番号28、配列番号30、配列番号32および配列番号66の配列からなる群から選択されるタンパク質配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to another advantageous embodiment of the invention, the cyan fluorescent protein of the invention has a non-limiting protein sequence selected from the group consisting of the sequences SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 30, SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 66. Contain or consist of.

別の有利な実施形態により、本発明のシアン蛍光性タンパク質は、配列番号80または配列番号82のタンパク質配列を含むかそれからなる。   According to another advantageous embodiment, the cyan fluorescent protein of the invention comprises or consists of the protein sequence of SEQ ID NO: 80 or SEQ ID NO: 82.

本発明は、上記のシアン蛍光性タンパク質をコードする核酸にも関する。   The present invention also relates to a nucleic acid encoding the above-described cyan fluorescent protein.

したがって、前記タンパク質またはヌクレオチド配列をコードする核酸は、隣接して、または隣接せずに、ECFPの配列番号1の配列と少なくとも約60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%の同一性を示すことができる。好ましくは、本発明によるヌクレオチド配列は、隣接して、または隣接せずに、配列番号1の配列と少なくとも約85%、有利には少なくとも約90%の同一性を示す。さらにより好ましくは、本発明によるヌクレオチド配列は、隣接して、または隣接せずに、配列番号1の配列と少なくとも約95%の同一性、有利には少なくとも約97%、さらにより好ましくは少なくとも約99%の同一性を示す。   Thus, the nucleic acid encoding the protein or nucleotide sequence is at least about 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% with the sequence of SEQ ID NO: 1 of ECFP, either contiguously or not. 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% identity. Preferably, the nucleotide sequence according to the invention exhibits at least about 85%, advantageously at least about 90% identity with the sequence of SEQ ID NO: 1, either contiguously or not. Even more preferably, the nucleotide sequence according to the present invention is at least about 95% identity, advantageously at least about 97%, even more preferably at least about Shows 99% identity.

上記の同一性百分率は、比較するヌクレオチド配列の(ここでは配列番号1の配列との)最適アラインメントを実行することによって求めることができ、この百分率は純粋に統計的であり、2つの配列間の差はそれらの全長にわたって分布する。このアラインメントは当業者に公知であるアルゴリズム、例えばNeedlemanおよびWunsch(J.Mol. Biol.、1970、48:443頁)のグローバルアラインメントおよびコンピュータ化されたアプリケーションを用いて、またはただ単なる検査によって実行することができる。最良のアラインメント(すなわち最も高い百分率の同一性を生成するもの)を次に選択する。2つのヌクレオチド配列間の同一性百分率は、これらの2つの配列の最適アラインメントのために、参照配列(この場合は配列番号1の配列)と比較して、比較されるヌクレオチド配列が付加または欠失を含むことができる最適な様式でアラインメントさせたこれらの2つの配列を比較することによって求められる。同一性百分率は、核酸が2つの配列の間で同一である同一位置の数を求め、この同一位置の数を位置の総数で割り、得られた結果を100倍して、これらの2つの配列の間で同一性百分率を得ることによって計算される。   The above percent identity can be determined by performing an optimal alignment of the nucleotide sequences to be compared (here with the sequence of SEQ ID NO: 1), this percentage is purely statistical and between the two sequences Differences are distributed over their entire length. This alignment is performed using algorithms known to those skilled in the art, such as the global alignment and computerized application of Needleman and Wunsch (J. Mol. Biol., 1970, 48: 443) or simply by inspection. be able to. The best alignment (ie the one that produces the highest percentage identity) is then selected. The percent identity between two nucleotide sequences is the addition or deletion of the compared nucleotide sequence compared to a reference sequence (in this case the sequence of SEQ ID NO: 1) for optimal alignment of these two sequences. By comparing these two sequences aligned in an optimal manner. The percent identity determines the number of identical positions where the nucleic acid is identical between two sequences, divides the number of identical positions by the total number of positions, and multiplies the result obtained by 100 to obtain these two sequences. Calculated by obtaining the percent identity between.

追加の突然変異を示す本発明のタンパク質をコードする核酸の例は、配列番号15、配列番号17、配列番号19、配列番号61、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号63、配列番号27、配列番号29、配列番号31、配列番号65、配列番号33、配列番号79および配列番号81(下記のTable 1(表1)を参照)の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   Examples of nucleic acids encoding proteins of the invention that exhibit additional mutations are SEQ ID NO: 15, SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 61, SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25, SEQ ID NO: 63, A nucleotide sequence selected from the group consisting of the sequences of SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 31, SEQ ID NO: 65, SEQ ID NO: 33, SEQ ID NO: 79 and SEQ ID NO: 81 (see Table 1 below) Including, but not limited to.

好ましい実施形態により、本発明によるシアン蛍光性タンパク質をコードする核酸は、配列番号17、配列番号19、配列番号61、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号63、配列番号27、配列番号29、配列番号31、配列番号65、配列番号33、配列番号79および配列番号81の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to a preferred embodiment, the nucleic acid encoding the cyan fluorescent protein according to the invention is SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 61, SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25, SEQ ID NO: 63, SEQ ID NO: 27, The nucleotide sequence selected from the group consisting of the sequence of SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 31, SEQ ID NO: 65, SEQ ID NO: 33, SEQ ID NO: 79 and SEQ ID NO: 81 is included or consists in a non-limiting manner.

より好ましい実施形態により、本発明による核酸は、配列番号17、配列番号19、配列番号61、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号63、配列番号27、配列番号29、配列番号31、配列番号65、配列番号79および配列番号81の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to a more preferred embodiment, the nucleic acid according to the invention comprises SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 61, SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25, SEQ ID NO: 63, SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 31 comprises or consists of a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 65, SEQ ID NO: 79 and SEQ ID NO: 81.

さらにより好ましくは、本発明による核酸は、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号63、配列番号27、配列番号29、配列番号31、配列番号65、配列番号79および配列番号81の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   Even more preferably, the nucleic acid according to the present invention comprises SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25, SEQ ID NO: 63, SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 31, SEQ ID NO: 65, SEQ ID NO: 79 and SEQ ID NO: 81. A nucleotide sequence selected from the group consisting of:

さらにより有利な実施形態により、本発明の核酸は、配列番号21、配列番号23、配列番号25および配列番号63の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to an even more advantageous embodiment, the nucleic acid of the invention comprises or consists in a non-limiting manner a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25 and SEQ ID NO: 63.

本発明の別の有利な実施形態により、本発明の核酸は、配列番号27、配列番号29、配列番号31および配列番号65の配列からなる群から選択されるヌクレオチド配列を非限定的に含むかそれからなる。   According to another advantageous embodiment of the invention, the nucleic acid of the invention comprises, but is not limited to, a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 31 and SEQ ID NO: 65. It consists of it.

別の有利な実施形態により、本発明による核酸は、配列番号79または配列番号81のヌクレオチド配列を含むかそれからなる。   According to another advantageous embodiment, the nucleic acid according to the invention comprises or consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 79 or SEQ ID NO: 81.

本発明の別の態様は、上で規定される、本発明による突然変異シアン蛍光性タンパク質をコードする核酸を含む組換えベクターに関する。したがって、前記核酸は、この核酸を増幅するか、または本発明によるシアン蛍光性タンパク質を発現させる目的で、複製が可能なベクターに挿入することができる。本発明によるベクターには、核酸の増幅を可能にするクローニングベクターおよびタンパク質の発現を可能にする発現ベクターが含まれ、これらのベクターは、当業者に周知である。そのようなベクターには、非限定的に、プラスミド、コスミド、YACS、ウイルス(アデノウイルス、レトロウイルス、エピソームEBV)およびファージベクターが含まれる。当業者は、本発明のシアン蛍光性タンパク質の発現を可能にする他の任意の適当なベクターをさらに用いることができる。   Another aspect of the present invention relates to a recombinant vector comprising a nucleic acid encoding a mutant cyan fluorescent protein according to the present invention as defined above. Thus, the nucleic acid can be inserted into a replicable vector for the purpose of amplifying the nucleic acid or expressing the cyan fluorescent protein according to the invention. Vectors according to the present invention include cloning vectors that allow nucleic acid amplification and expression vectors that allow protein expression, and these vectors are well known to those of skill in the art. Such vectors include, but are not limited to, plasmids, cosmids, YACS, viruses (adenoviruses, retroviruses, episomal EBV) and phage vectors. One skilled in the art can further use any other suitable vector that allows expression of the cyan fluorescent protein of the present invention.

核酸をそのようなベクターに挿入する方法は、当業者に公知である。一般に、核酸は、当技術分野で公知の技術を用いることによって、少なくとも1つの適当なエンドヌクレアーゼ制限部位に挿入される(例えば、Sambrookら(2001)およびAusubelら(2011)に記載される技術を参照)。   Methods for inserting nucleic acids into such vectors are known to those skilled in the art. In general, nucleic acids are inserted into at least one suitable endonuclease restriction site using techniques known in the art (e.g., the techniques described in Sambrook et al. (2001) and Ausubel et al. (2011)). reference).

本発明の核酸の転写、本発明のシアン蛍光性タンパク質の発現および/または精製を可能にするヌクレオチド配列が、本発明の組換えベクターにさらに含有される。これらの配列には、一般に、および非限定的に、1つまたはいくつかのペプチドシグナル配列、複製起点、1つまたはいくつかの選択遺伝子マーカー、増幅エレメント、プロモーター、転写終止配列、およびおそらくタンパク質の精製を可能にする配列が含まれる。前記ベクターへのそのような配列の挿入は、当業者に公知である標準のライゲーション技術によって実行することができる。   Further included in the recombinant vector of the invention is a nucleotide sequence that allows transcription of the nucleic acid of the invention, expression and / or purification of the cyan fluorescent protein of the invention. These sequences generally and without limitation include one or several peptide signal sequences, origins of replication, one or several selectable gene markers, amplification elements, promoters, transcription termination sequences, and possibly protein Sequences that allow purification are included. Insertion of such sequences into the vector can be performed by standard ligation techniques known to those skilled in the art.

選択される複製起点に従い、前記クローニングまたは発現ベクターは、1つまたは複数の宿主細胞で複製することができる。したがって、プラスミドpBR322の複製起点は、大多数のグラム陰性細菌に適合し、プラスミド2μのそれは酵母に特異的であり、様々なウイルスの複製起点(SV40、ポリオーム、アデノウイルス、VSVまたはBPV)は哺乳動物細胞でのクローニングベクターのために有益である。   Depending on the origin of replication chosen, the cloning or expression vector can replicate in one or more host cells. Thus, the origin of replication of plasmid pBR322 is compatible with the majority of gram-negative bacteria, that of plasmid 2μ is specific for yeast, and various viral origins of replication (SV40, polyome, adenovirus, VSV or BPV) are suckling. Useful for cloning vectors in animal cells.

選択されるプロモーターに従い、核酸を転写し、対応するタンパク質を1つまたは複数の宿主細胞で発現させることができる。したがって、プロモーターT7、Lac、trp、tac、λPLは、大腸菌(E. coli)属の細菌に特異的であり;プロモーターPHO5、GAP、TPI1、ADHは酵母に適合し;プロモーターポリヘドリンおよびP10およびそれらの同等物は、昆虫細胞で用いられ;最後に、プロモーターCMV、MT1、由来SV40、SRα、レトロウイルス、および熱ショックタンパク質遺伝子プロモーターは、哺乳動物細胞に適合する。   Depending on the promoter chosen, the nucleic acid can be transcribed and the corresponding protein expressed in one or more host cells. Thus, promoters T7, Lac, trp, tac, λPL are specific for bacteria of the genus E. coli; promoters PHO5, GAP, TPI1, ADH are compatible with yeast; promoters polyhedrin and P10 and Their equivalents are used in insect cells; finally, the promoter CMV, MT1, derived SV40, SRα, retrovirus, and heat shock protein gene promoters are compatible with mammalian cells.

クローニングまたは発現ベクターに典型的に含まれる選択マーカー遺伝子の中では、非限定的に以下のものを引用することができる:(a)抗生物質または毒素(例えば、ネオマイシン、ゼオシン、ハイグロマイシン、アンピシリン、カナマイシン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール)への抵抗性を付与する遺伝子、および(b)栄養要求性欠陥の補償を可能にする遺伝子(例えばメトトレキセート抵抗性を可能にするジヒドロ葉酸還元酵素DHFRをコードする遺伝子、またはS.ポンベ(S. pombe)のTPI遺伝子も)。   Among the selectable marker genes typically included in cloning or expression vectors, the following can be cited without limitation: (a) antibiotics or toxins (e.g., neomycin, zeocin, hygromycin, ampicillin, Encodes a gene that confers resistance to kanamycin, tetracycline, chloramphenicol), and (b) a gene that enables compensation for auxotrophic defects (e.g., the dihydrofolate reductase DHFR that enables resistance to methotrexate) Gene, or S. pombe TPI gene).

タンパク質の精製を可能にするヌクレオチド配列には、ヒスチジン配列(ヒスチジンタグまたはHisx6)、FLAG配列およびGST配列が含まれるが、これらに限定されない。その後精製配列を抑制するために、TEVなどのプロテアーゼ切断配列がさらに存在してよい。   Nucleotide sequences that allow protein purification include, but are not limited to, histidine sequences (histidine tag or Hisx6), FLAG sequences, and GST sequences. A protease cleavage sequence such as TEV may then be present to subsequently suppress the purified sequence.

本発明の好ましい実施形態により、6個のヒスチジンのヌクレオチド配列およびプロテアーゼ切断配列TEV、より詳しくはアミノ酸配列、MSYYHHHHHHDYDIPTTENLYFQGA(配列番号70)をコードするヌクレオチド配列が本発明の組換えベクターに存在する。   According to a preferred embodiment of the present invention, a nucleotide sequence encoding the nucleotide sequence of six histidines and the protease cleavage sequence TEV, more particularly the amino acid sequence MSYYHHHHHHDYDIPTTENLYFQGA (SEQ ID NO: 70) is present in the recombinant vector of the present invention.

本発明の特に好ましい実施形態により、本発明の発現ベクターは、ベクターpPROEX(商標)HTa(GibcoBRL)である。   According to a particularly preferred embodiment of the invention, the expression vector of the invention is the vector pPROEX ™ HTa (GibcoBRL).

上記の追加の配列に本発明による核酸を接続させる方法は、当業者に公知である。   Methods for connecting nucleic acids according to the present invention to the above additional sequences are known to those skilled in the art.

本発明は、前記タンパク質をコードする核酸によって、または前記核酸を含む組換えベクターによって形質転換される宿主細胞にも関する。   The invention also relates to a host cell transformed with a nucleic acid encoding said protein or with a recombinant vector comprising said nucleic acid.

本明細書で用いるように、用語「宿主細胞」、「細胞」および「細胞系」は、互換的に用いることができる。全てのこれらの用語はそれらの後代も含み、それは全ての以降の世代を含む。故意または偶然の突然変異を考慮すると、全ての後代が必ずしも同一であるとは限らないものと理解される。   As used herein, the terms “host cell”, “cell” and “cell line” can be used interchangeably. All these terms include their progeny, which includes all subsequent generations. In view of intentional or accidental mutations, it is understood that not all progenies are necessarily the same.

本明細書で「宿主細胞」とは、本発明による突然変異蛍光性タンパク質をコードする核酸または前述の組換えベクターを複製することが可能で、したがって本発明の突然変異蛍光性タンパク質を発現することが可能である原核生物または真核生物の細胞を指す。前記核酸または前記ベクターが宿主細胞に移されるか導入される、当業者に公知の方法によって、宿主細胞を「トランスフェクト」または「形質転換」させることができる。そのような方法の例には、エレクトロポレーション、リポフェクション、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE-デキストランによるトランスフェクション、マイクロインジェクションおよび微粒子銃が含まれるが、これらに限定されない。   As used herein, a “host cell” is capable of replicating a nucleic acid encoding a mutant fluorescent protein according to the present invention or the aforementioned recombinant vector, and thus expressing the mutant fluorescent protein of the present invention. Refers to prokaryotic or eukaryotic cells capable of A host cell can be “transfected” or “transformed” by methods known to those of skill in the art in which the nucleic acid or the vector is transferred or introduced into the host cell. Examples of such methods include, but are not limited to, electroporation, lipofection, calcium phosphate transfection, DEAE-dextran transfection, microinjection and particle bombardment.

宿主細胞には、非限定的に、細菌、酵母、真菌または他の任意の高等真核細胞が含まれる。したがって、特にAmerican Type Culture Collection(ATCC)(www.ATCC.org)を通して、当業者は多くの入手できる細胞系の中から適当な宿主細胞を選択することができる。宿主細胞の例には、非限定的に、微生物、例えばエシェリヒア属(Escherichia)(例えば、大腸菌RR1、LE392、B、X1776、W3110、DH5アルファ、JM109、KC8)、セラチア属(Serratia)、シュードモナス属(Pseudomonas)、エルウィニア属(Erwinia)、メチロバクテリウム属(Methylobacterium)、ロドバクター属(Rhodobacter)、サルモネラ属(Salmonella)またはザイモモナス属(Zymomonas)のグラム陰性細菌、コリネバクテリウム属(Corynebacterium)、ブレビバクテリウム属(Brevibacterium)、バシラス属(Bacillus)、アルスロバクター属(Arthrobacter)またはストレプトミセス属(Streptomyces)のグラム陽性細菌、サッカロミセス属(Saccharomyces)の酵母、アスペルギルス属(Aspergillus)、ニューロスポラ属(Neurospora)、フザリウム属(Fusarium)およびトリコデルマ属(Trichoderma)の真菌からの細胞、HEK293、NIH3T3、Jurkat、MEF、Vero、HeLa、CHO、W138、BHK、COS-7、MDCK、C127、Saos、PC12、HKGを含む動物細胞、ならびに昆虫細胞のSf9、Sf21、Hi Five(商標)またはカイコ(Bombyx mori)が含まれる。昆虫細胞の使用は、特にマニュアル「Baculovirus Expression vectors, A Laboratory Manual」、David R. O'Reillyら著、Oxford University Press、USA、(1992)に記載される。   Host cells include, but are not limited to, bacteria, yeast, fungi or any other higher eukaryotic cell. Thus, particularly through the American Type Culture Collection (ATCC) (www.ATCC.org), one skilled in the art can select an appropriate host cell from among many available cell lines. Examples of host cells include, but are not limited to, microorganisms such as Escherichia (e.g., Escherichia coli RR1, LE392, B, X1776, W3110, DH5 alpha, JM109, KC8), Serratia, Pseudomonas. (Pseudomonas), Erwinia, Methylobacterium, Rhodobacter, Salmonella or Zymomonas Gram-negative bacteria, Corynebacterium, Brevi Gram-positive bacteria of the genus Brevibacterium, Bacillus, Arthrobacter or Streptomyces, Saccharomyces yeast, Aspergillus, Neurospora ( Neurospora), cells from Fusarium and Trichoderma fungi, HEK293, NIH3T3, Jurkat, MEF, Vero, HeLa, CHO W138, BHK, include COS-7, MDCK, C127, Saos, PC12, Sf9, animal cells, and insect cells including HKG, Sf21, Hi Five (TM) or silkworm (Bombyx mori). The use of insect cells is described in particular in the manual “Baculovirus Expression vectors, A Laboratory Manual”, David R. O'Reilly et al., Oxford University Press, USA, (1992).

宿主細胞が上記の本発明の組換えベクターによって形質転換される場合には、前記宿主細胞の選択は、前記ベクターの選択によって、および選択される使用、すなわち核酸のクローニングまたは本発明の突然変異シアン蛍光性タンパク質の発現に従って決定することができる。   When the host cell is transformed with the above-described recombinant vector of the present invention, the selection of the host cell depends on the selection of the vector and the selected use, ie cloning of the nucleic acid or mutant cyanide of the present invention. It can be determined according to the expression of the fluorescent protein.

本発明の別の態様は、本発明の突然変異シアン蛍光性タンパク質を発現させ、精製する方法に関する。この方法により、上記の宿主細胞は、本発明のタンパク質の発現を可能にする条件下で適当な培養培地で培養される。当業者は、前記タンパク質の単離および精製を可能にする任意の従来の方法を用いることができる。例えば、前記タンパク質が宿主細胞で可溶形で発現された場合には、後者は遠心分離によって回収されて緩衝液に懸濁され、次に、例えば超音波ホモジナイザーによって細胞を破壊することによって細胞抽出物が得られる。この抽出物の遠心分離によって得られる上清から、本発明のタンパク質を単離し、精製するための従来の方法または従来の方法の組合せを用いて、精製された試料が得られる。これらの方法には、溶媒による抽出、硫安放出、脱塩、有機溶媒による沈殿、ゲル濾過、調製用電気泳動、等電フォーカライゼーション、限外濾過、多数のクロマトグラフィー方法、例えばイオン交換クロマトグラフィー(例えばジエチルアミノエチル(DEAE)セファロースなどの樹脂を用いるアニオン性か、例えばS-セファロース(Pharmacia)などの樹脂を用いるカチオン性)、疎水性クロマトグラフィー(例えばブチルセファロースまたはフェニルセファロースなどの樹脂を用いる)、抗体による親和性クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、クロマトフォーカライゼーション、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)および逆相HPLCが含まれるが、これらに限定されない。   Another aspect of the invention relates to a method for expressing and purifying the mutant cyan fluorescent protein of the invention. By this method, the above host cells are cultured in a suitable culture medium under conditions that allow expression of the protein of the invention. One skilled in the art can use any conventional method that allows for isolation and purification of the protein. For example, if the protein is expressed in a soluble form in the host cell, the latter is recovered by centrifugation and suspended in a buffer, and then cell extraction by disrupting the cell, for example by an ultrasonic homogenizer. A thing is obtained. From the supernatant obtained by centrifugation of this extract, a purified sample is obtained using conventional methods or combinations of conventional methods for isolating and purifying the proteins of the invention. These methods include solvent extraction, ammonium sulfate release, desalting, organic solvent precipitation, gel filtration, preparative electrophoresis, isoelectric focusing, ultrafiltration, a number of chromatographic methods such as ion exchange chromatography ( For example, anionic using a resin such as diethylaminoethyl (DEAE) Sepharose or cationic using a resin such as S-Sepharose (Pharmacia), hydrophobic chromatography (for example, using a resin such as butyl Sepharose or phenyl Sepharose), Examples include, but are not limited to, affinity chromatography with antibodies, adsorption chromatography, chromatographic localization, high performance liquid chromatography (HPLC) and reverse phase HPLC.

さらに、プロテアーゼによる切断配列と融合している、タンパク質の精製を可能にするヌクレオチド配列が組換えベクターに存在する場合は、生成されるタンパク質は前記切断配列に特異的なプロテアーゼ(トロンビン、トリプシン、プロテアーゼTEVなど)による処理を通して回収することができる。   In addition, if the recombinant vector contains a nucleotide sequence that is fused to a cleavage sequence by a protease, allowing purification of the protein, the protein produced is a protease specific for the cleavage sequence (thrombin, trypsin, protease It can be recovered through processing by TEV etc.).

本発明の別の態様は、本発明によるシアン蛍光性タンパク質を含むバイオセンサーに関する。   Another aspect of the present invention relates to a biosensor comprising a cyan fluorescent protein according to the present invention.

本明細書で「バイオセンサー」は、共有結合または非共有結合によって別の分子に連結する生体感受性センサーを含み、生物学的応答を電気的、化学的、物理的、光物理的または光化学的シグナルに変換させる分子と理解するものとする。本発明による「生体感受性センサー」は、天然または合成の分子であり、そのバイオセンサーが上で規定される宿主細胞で発現されるとき、イオン、糖、酵素、核酸、抗体、補因子または天然であるか改変されたタンパク質(例えばグリコシル化またはリン酸化によって)などの分析物の存在の検出および/またはその濃度もしくは活性の測定を可能にする。したがって、前記細胞に存在する前記分析物と前記センサーとの間の相互作用はバイオセンサーの構造再配置をもたらし、それは上記のシグナルによって反映される。前記センサーは、例えば、糖、脂質、タンパク質または核酸であってよい。好ましくは、前記センサーはペプチド性の分子である。   As used herein, a “biosensor” includes a biosensitive sensor that is covalently or non-covalently linked to another molecule, and that signals a biological response to an electrical, chemical, physical, photophysical or photochemical signal. It should be understood as a molecule to be converted to. A “biosensitive sensor” according to the present invention is a natural or synthetic molecule that, when expressed in a host cell as defined above, is an ion, sugar, enzyme, nucleic acid, antibody, cofactor or naturally occurring. Allows detection of the presence of an analyte such as a protein that is or has been modified (eg by glycosylation or phosphorylation) and / or determination of its concentration or activity. Thus, the interaction between the analyte present in the cell and the sensor results in a structural rearrangement of the biosensor, which is reflected by the signal described above. The sensor may be a sugar, lipid, protein or nucleic acid, for example. Preferably, the sensor is a peptide molecule.

本発明の好ましい実施形態により、生体感受性センサーには、ペプチド、例えばメリチン、ハイブリッドポリペプチド(すなわち少なくとも2つのタンパク質の融合から生じるポリペプチド)、抗体、酵素または酵素基質も含まれるが、これらに限定されない。前記ハイブリッドポリペプチドの中では、結合部位に融合している酵素(例えば、ペプチドM13に融合しているカルモジュリン、またはその活性立体構造を認識することが可能なドメインに融合しているGTPアーゼも)を引用することができる。感受性バイオセンサーの例としては、タンパク質キナーゼ基質であるペプチド配列、プロテアーゼ基質であるペプチド配列、cAMP結合ドメイン、リン酸化アミノ酸結合ドメイン(FHA)、グルタミン酸結合ドメイン(YbeJ)、スクロース結合ドメイン(例えば、マルトースに結合するMBP)、ならびにCa2+結合ドメイン、例えばトロポニンCおよびその断片を引用することもできる。 In accordance with a preferred embodiment of the present invention, biosensitive sensors also include, but are not limited to, peptides such as melittin, hybrid polypeptides (ie, polypeptides resulting from the fusion of at least two proteins), antibodies, enzymes or enzyme substrates. Not. Among the hybrid polypeptides, enzymes fused to the binding site (for example, calmodulin fused to peptide M13, or GTPase fused to a domain capable of recognizing its active conformation). Can be quoted. Examples of sensitive biosensors include peptide sequences that are protein kinase substrates, peptide sequences that are protease substrates, cAMP binding domains, phosphorylated amino acid binding domains (FHA), glutamate binding domains (YbeJ), sucrose binding domains (e.g., maltose MBPs that bind to), as well as Ca 2+ binding domains such as troponin C and fragments thereof.

したがって、本発明によるバイオセンサーは、細胞代謝または細胞シグナル伝達事象の研究を可能にすることができる。   Thus, the biosensor according to the present invention can enable the study of cell metabolism or cell signaling events.

本発明との関連で、バイオセンサーは、共有結合または非共有結合によって前記感受性バイオセンサーに連結される、低減されたpH感受性を示すシアン蛍光性タンパク質を含む。したがって、このバイオセンサーが宿主細胞で発現されるとき、前記細胞に存在する分析物と前記センサーとの間の相互作用は前記バイオセンサーの構造再配置をもたらし、それは、それが融合される蛍光性タンパク質の蛍光発光の改変によって反映される。本明細書で、「蛍光発光の改変」は、前記タンパク質によって放出される蛍光強度の変動であって、前記変動が前記分析物の濃度もしくは活性に比例するか、またはこの分析物の存在を反映することを特徴とする変動を意味する。蛍光強度は前に記載される通りに測定することができる。   In the context of the present invention, a biosensor includes a cyan fluorescent protein that exhibits reduced pH sensitivity, linked to the sensitive biosensor by covalent or non-covalent bonds. Thus, when this biosensor is expressed in a host cell, the interaction between the analyte present in the cell and the sensor results in structural rearrangement of the biosensor, which is the fluorescence to which it is fused Reflected by modification of protein fluorescence. As used herein, “modification of fluorescence emission” is a variation in fluorescence intensity emitted by the protein, wherein the variation is proportional to the concentration or activity of the analyte or reflects the presence of the analyte. It means a variation characterized by The fluorescence intensity can be measured as described previously.

好ましい実施形態により、本発明のバイオセンサーは、その吸収スペクトルが前記バイオセンサーのシアンタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質をさらに含む。   According to a preferred embodiment, the biosensor of the invention further comprises a fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps the emission spectrum of the cyan protein of the biosensor.

特定の実施形態により、その吸収スペクトルがシアンタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質は、前記バイオセンサーに直接的に連結される。本明細書で、「直接的に連結される」は、前記タンパク質が、共有結合または非共有結合によって前記バイオセンサーの生体感受性センサーに連結されることを意味する。   According to a particular embodiment, the fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of cyan protein is directly linked to the biosensor. As used herein, “directly linked” means that the protein is linked to a biosensitive sensor of the biosensor by covalent or non-covalent bonds.

別の特定の実施形態により、その吸収スペクトルがシアンタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質は、バイオセンサーに間接的に連結される。本明細書で、「間接的に連結される」は、前記タンパク質が、分子を通して、例えば前記分子と前記バイオセンサーの生体感受性センサーの間の非共有結合を通して前記生体感受性センサーに連結されることを意味する。   According to another particular embodiment, a fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of cyan protein is indirectly linked to the biosensor. As used herein, “indirectly linked” means that the protein is linked to the biosensitive sensor through a molecule, eg, through a non-covalent bond between the molecule and the biosensor biosensitive sensor. means.

好ましくは、その吸収スペクトルが本発明のシアンタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質は、495〜600nm、有利には500〜590nm、さらにより有利には510〜580nm、さらにより有利には520〜570nmおよび550〜570nmに含まれる吸光度最大値を示す。生体感受性センサーを通してこのようにして本発明のタンパク質に融合することができる蛍光性タンパク質の例には、非限定的に、黄色蛍光性タンパク質、例えばYFP、Topaz、EYFP、YPET、SYFP2、Citrine、Venus、cp-Venus、蛍光性オレンジ色タンパク質、例えばKusabira Orange、Kusabira Orange2、mOrange、mOrange2、dTomato、dTomato-Tandem、DsRedおよびその変形体(DsRed2、DsRed-Express(T1)、DsRed-Express2、DsRed-Max、DsRed-Monomer)、TagRFPおよびTagRFP-T、赤色蛍光性タンパク質、例えばmRuby、mApple、mStrawberry、AsRed2、mRFP1、JRed、mCherry、eqFP611、tdRFP611、HcRed1、mRaspberry、ならびに遠赤放出蛍光性タンパク質、例えばtdRFP639、mKate、mKate2、Katushka、tdKatushka、HcRed-Tandem、mPlumおよびAQ143が含まれる(Dayら、2009)。好ましくは、その吸収スペクトルが本発明のシアンタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質は、上記の黄色またはオレンジ色の蛍光性タンパク質の中から選択される。   Preferably, the fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the cyan protein of the invention is 495-600 nm, preferably 500-590 nm, even more preferably 510-580 nm, even more advantageously Indicates the maximum absorbance contained in 520 to 570 nm and 550 to 570 nm. Examples of fluorescent proteins that can be fused to the proteins of the invention in this way through a biosensitive sensor include, but are not limited to, yellow fluorescent proteins such as YFP, Topaz, EYFP, YPET, SYFP2, Citrine, Venus , Cp-Venus, fluorescent orange proteins such as Kusabira Orange, Kusabira Orange2, mOrange, mOrange2, dTomato, dTomato-Tandem, DsRed and its variants (DsRed2, DsRed-Express (T1), DsRed-Express2, DsRed-Max , DsRed-Monomer), TagRFP and TagRFP-T, red fluorescent proteins such as mRuby, mApple, mStrawberry, AsRed2, mRFP1, JRed, mCherry, eqFP611, tdRFP611, HcRed1, mRaspberry, and far red emitting fluorescent proteins such as tdRFP639 , MKate, mKate2, Katushka, tdKatushka, HcRed-Tandem, mPlum and AQ143 (Day et al., 2009). Preferably, the fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the cyan protein of the present invention is selected from the yellow or orange fluorescent proteins described above.

特に有利な様式では、その吸収スペクトルが本発明のシアンタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質は、低減されたpH感受性をそれ自体示す。次に、このタンパク質は、タンパク質Citrine、Venus、cp-Venus、TagRFPおよびTagRFP-Tの中から、好ましくはTagRFPおよびTagRFP-Tの中から選択することができ、さらにより好ましくはこのタンパク質はTagRFPである(Merzlyakら、2007)。   In a particularly advantageous manner, a fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps the emission spectrum of the cyan protein of the invention exhibits itself a reduced pH sensitivity. The protein can then be selected from the proteins Citrine, Venus, cp-Venus, TagRFP and TagRFP-T, preferably TagRFP and TagRFP-T, and even more preferably the protein is TagRFP Yes (Merzlyak et al., 2007).

本発明の特に有利な実施形態により、本発明のバイオセンサーは、その配列が65Sおよび148G突然変異を少なくとも含む本発明のシアン蛍光性タンパク質に加えて、TagRFP蛍光性タンパク質を含む。好ましい実施形態により、前記シアン蛍光性タンパク質は、配列番号12、配列番号80または配列番号82の配列からなる群から選択されるタンパク質配列、さらにより好ましくは配列番号82のタンパク質配列を含むかそれからなる。   According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the biosensor of the invention comprises a TagRFP fluorescent protein in addition to the cyan fluorescent protein of the invention whose sequence comprises at least the 65S and 148G mutations. According to a preferred embodiment, said cyan fluorescent protein comprises or consists of a protein sequence selected from the group consisting of the sequence of SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 80 or SEQ ID NO: 82, even more preferably the protein sequence of SEQ ID NO: 82 .

本発明のバイオセンサーの構築のための蛍光性タンパク質への生体感受性センサーの融合は、当業者に公知である遺伝子工学、酵素または化学的カップリング技術を用いて実行される。そのような技術は、Sambrookら(2001)およびAusubelら(2011)に記載される。   The fusion of the biosensitive sensor to the fluorescent protein for the construction of the biosensor of the present invention is performed using genetic engineering, enzymatic or chemical coupling techniques known to those skilled in the art. Such techniques are described in Sambrook et al. (2001) and Ausubel et al. (2011).

本発明の特に有利な実施形態により、バイオセンサーは、本発明の方法により既存のバイオセンサーを突然変異させることによって、すなわちpH感受性を低減させる少なくとも1つの特異な突然変異を導入することによって生成することができる。当業者にこの他に公知である既存のバイオセンサーの中では、非限定的に、バイオセンサーEpac、Epac2、ECFP-YbeJ-Venus、ECFP-MBP-EYFP、CFP-TnC-Citrine、Aktus、Atomic、Erkus、Phocus、Picchu、AKAR、AKAR1(Zhangら、2001)、AKAR2(Zhangら、2005)、AKAR2.2(Dunnら、2006)、AKAR3、BKAR、CKARおよびDKARを引用することができる。好ましくは、突然変異させたバイオセンサーはAKAR型のバイオセンサーであり、さらにより好ましくはバイオセンサーはAKAR2.2である。   According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the biosensor is generated by mutating an existing biosensor by the method of the invention, ie by introducing at least one specific mutation that reduces pH sensitivity. be able to. Other existing biosensors known to those skilled in the art include, but are not limited to, biosensors Epac, Epac2, ECFP-YbeJ-Venus, ECFP-MBP-EYFP, CFP-TnC-Citrine, Aktus, Atomic, Reference may be made to Erkus, Phocus, Picchu, AKAR, AKAR1 (Zhang et al., 2001), AKAR2 (Zhang et al., 2005), AKAR2.2 (Dunn et al., 2006), AKAR3, BKAR, CKAR and DKAR. Preferably, the mutated biosensor is an AKAR type biosensor, and even more preferably the biosensor is AKAR2.2.

有利な実施形態により、65Sおよび148G突然変異は、本発明の方法によって前記バイオセンサーに導入される。したがって、65Sおよび148G突然変異がAKAR2.2バイオセンサーに導入されるとき、後者は配列番号82の配列を含むシアン蛍光性タンパク質を含む。さらにより好ましくは、65Sおよび148G突然変異は本発明の方法によってAKAR2.2バイオセンサーに導入され、それによって発現されるCitrineは、当業者に公知の古典的遺伝子工学、酵素または化学的カップリング技術によってTagRFPタンパク質と交換され、それによって前記バイオセンサーは、配列番号82の配列を含むシアン蛍光性タンパク質およびTagRFPオレンジ色蛍光性タンパク質を含む。   According to an advantageous embodiment, the 65S and 148G mutations are introduced into the biosensor by the method of the invention. Thus, when the 65S and 148G mutations are introduced into the AKAR2.2 biosensor, the latter includes a cyan fluorescent protein comprising the sequence of SEQ ID NO: 82. Even more preferably, the 65S and 148G mutations are introduced into the AKAR2.2 biosensor by the method of the present invention, and the Citrine expressed thereby is classical genetic engineering, enzymatic or chemical coupling techniques known to those skilled in the art. Exchanged for TagRFP protein, whereby the biosensor comprises a cyan fluorescent protein comprising the sequence of SEQ ID NO: 82 and a TagRFP orange fluorescent protein.

バイオセンサーに関するより詳細な情報のために、当業者はM.C. Morris(2010)およびFrommerら(2009)による刊行物を参照することができる。   For more detailed information on biosensors, one skilled in the art can refer to publications by M.C. Morris (2010) and Frommer et al. (2009).

本発明のバイオセンサーは下記の技術によって用いることができ、それらは、より好ましくは本発明によりFRETおよび/またはFLIMである。   The biosensors of the present invention can be used by the following techniques, more preferably they are FRET and / or FLIM according to the present invention.

本発明の別の態様は、本発明の生成物(特に、上で規定される突然変異蛍光性タンパク質、これらのタンパク質をコードする核酸、組換えベクター、宿主細胞およびバイオセンサー)の使用に関する。   Another aspect of the invention relates to the use of the products of the invention (particularly the mutant fluorescent proteins defined above, nucleic acids encoding these proteins, recombinant vectors, host cells and biosensors).

これらには、非限定的に、フローサイトメトリー(FACS)、従来の画像化方法、例えば光子または共焦点鏡検、リアルタイム定量的画像化方法、例えば蛍光相関分光法(FCS)およびその変形(例えばFCCS)、Forster共鳴エネルギー転移(FRET)、生物発光共鳴エネルギー転移(BRET)、蛍光寿命画像化鏡検(FLIM)、光退色後の蛍光再分布(FRAP)、光退色によって誘導される蛍光減損(FLIP)、時間相関単一光子計数法(TCSPC)、異等方性および蛍光脱分極、光活性化局在化鏡検(PALM)、確率的光学再構築鏡検(STORM)、誘導放出抑制鏡検(STED)が含まれる。これには、ハイスループット検出方法、例えば高含有量スクリーニング、ハイスループット鏡検、および従来のまたは超ハイスループット微小流体方法も含まれる。   These include, but are not limited to, flow cytometry (FACS), conventional imaging methods such as photon or confocal microscopy, real-time quantitative imaging methods such as fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and variations thereof (e.g. FCCS), Forster resonance energy transfer (FRET), bioluminescence resonance energy transfer (BRET), fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), fluorescence redistribution after photobleaching (FRAP), fluorescence loss induced by photobleaching ( FLIP), time correlated single photon counting (TCSPC), anisotropic and fluorescence depolarization, photoactivated localization microscopy (PALM), stochastic optical reconstruction microscopy (STORM), stimulated emission suppression mirror Inspection (STED) is included. This includes high-throughput detection methods such as high content screening, high-throughput microscopy, and conventional or ultra-high-throughput microfluidic methods.

本発明により用いられる最も好ましい画像化方法は、FRETおよびFLIMである。   The most preferred imaging methods used according to the present invention are FRET and FLIM.

本明細書で、用語「Forster共鳴エネルギー転移」(FRET)は、光子の蛍光分子「ドナー」を起源とする励起エネルギーの「アクセプター」蛍光分子への非放射転移を指し、この転移は、光子の「ドナー」が「アクセプター」分子に十分に間近であるとき、すなわち分子の幾何構造および観察系に従って10〜100Åの距離にあるときにだけ可能である(Heyduk(2002)、Truongら(2001)、Issadら(2003)、Bouteら(2002))。この方法は、光子の「ドナー」の蛍光の減少(例えばこの「ドナー」の蛍光の強度または寿命を測定することによって)、または「アクセプター」の蛍光の増加(例えばこの「アクセプター」の蛍光強度を測定することによって)のいずれかの定量化を可能にする。FRETに由来する任意の方法も、本発明に適用される。FRETの場合、本発明による突然変異シアン蛍光性タンパク質は、好ましくは光子の「ドナー」として用いられる。   As used herein, the term “Forster Resonance Energy Transfer” (FRET) refers to a non-radiative transition of excitation energy from a photon to a “acceptor” fluorescent molecule that originates from the fluorescent molecule “donor”, and Only possible when the “donor” is close enough to the “acceptor” molecule, ie, at a distance of 10-100 km according to the molecular geometry and observation system (Heyduk (2002), Truong et al. (2001), Issad et al. (2003), Boute et al. (2002)). This method reduces the fluorescence of the photon “donor” (for example by measuring the intensity or lifetime of the fluorescence of the “donor”) or increases the fluorescence of the “acceptor” (for example, the fluorescence intensity of the “acceptor”). Allows quantification of either) Any method derived from FRET also applies to the present invention. In the case of FRET, the mutant cyan fluorescent protein according to the invention is preferably used as a “donor” for photons.

「生物発光共鳴エネルギー転移」またはBRETは、「ドナー」のエネルギーが、酵素(例えばルシフェラーゼ)の存在下で励起されて光子を放出する生物発光分子、例えばルシフェリン(例えばセレンテラジン)を起源とするという点でFRETと異なる。これらの光子は、エネルギー転移のための近接条件および幾何構造が満たされるならば蛍光を放出する、GFP型の「アクセプター」蛍光分子に次に移される。したがって、本発明による突然変異蛍光性タンパク質は、この種の適用では「アクセプター」蛍光分子として用いられなければならない。   `` Bioluminescence resonance energy transfer '' or BRET is that the energy of the `` donor '' originates from a bioluminescent molecule that is excited in the presence of an enzyme (e.g. luciferase) to emit a photon, e.g. luciferin (e.g. coelenterazine). And different from FRET. These photons are then transferred to “acceptor” fluorescent molecules of the GFP type that emit fluorescence if the proximity conditions and geometry for energy transfer are met. Thus, the mutant fluorescent protein according to the present invention must be used as an “acceptor” fluorescent molecule in this type of application.

FLIM(または、蛍光寿命画像化鏡検)は、蛍光分子の蛍光減衰の測定およびこの分子の蛍光寿命の定量化を可能にする技術である。この技術は、単独で、またはFRETと組み合わせて、特にタンパク質間相互作用の局在化のため、または細胞シグナル伝達の研究のために用いることができる。FLIMに由来する任意の方法、例えば断層撮影FLIM、多重FLIM、マルチウェルプレート自動化FLIMまたは共焦点内鏡検FLIMが、本発明に含まれる。FLIM技術が本発明で用いられる場合には、好ましくは突然変異シアン蛍光性タンパク質は光子のドナーである。   FLIM (or fluorescence lifetime imaging microscopy) is a technique that allows measurement of the fluorescence decay of a fluorescent molecule and quantification of the fluorescence lifetime of this molecule. This technique can be used alone or in combination with FRET, especially for the localization of protein-protein interactions or for the study of cell signaling. Any method derived from FLIM, such as tomographic FLIM, multiplex FLIM, multiwell plate automated FLIM or confocal endoscopic FLIM is included in the present invention. Where FLIM technology is used in the present invention, preferably the mutant cyan fluorescent protein is a photon donor.

前述の技術に関するいかなるさらなる詳細については、当業者はDayら(2009)、Trugnanら(2004)およびKumarら(2011)による論文を参照することができる。   For any further details regarding the foregoing techniques, one skilled in the art can refer to articles by Day et al. (2009), Trugnan et al. (2004) and Kumar et al. (2011).

特定の実施形態は、化合物および/または細胞のためのスクリーニング方法における、本発明の生成物の使用に関する。好ましくは、前記スクリーニング方法は、ハイスループット検出方法、例えば高含有量スクリーニング、フローサイトメトリー、ハイスループット鏡検、微小流体方法(従来のまたは超ハイスループット)およびプレートリーダーアッセイである。   Particular embodiments relate to the use of the products of the invention in screening methods for compounds and / or cells. Preferably, the screening methods are high-throughput detection methods such as high content screening, flow cytometry, high-throughput microscopy, microfluidic methods (conventional or ultra-high throughput) and plate reader assays.

別の特定の実施形態は、溶液で、より詳しくは、試料、生物抽出物、細胞、組織または生体からの溶液で実施される毒物学、遺伝毒性または環境汚染検出試験における前記生成物の使用に関する。   Another particular embodiment relates to the use of said product in a toxicology, genotoxicity or environmental contamination detection test performed in solution, more particularly in solution from a sample, biological extract, cell, tissue or organism. .

本発明は、以降の実施例に照らしてより深く理解される。   The invention will be better understood in the light of the following examples.

(実施例)
A-材料および方法
I.シアン蛍光性タンパク質のクローニング
以下の通りに、ECFP(pHis-ECFP)の発現プラスミドをpECFPN1ベクター(Clontech)から構築した:pECFPN1ベクターの全ECFP配列(配列番号1)を、配列番号35の配列の5'-AAGGCGCCGTGAGCAAGGGCGAGGAGCTG-3'(フォワードプライマー)および配列番号36の配列の5'-TTAAGCTTACTTGTACAGCTCGTCCATGCC-3'(リバースプライマー)のプライマーを用いて、PCRによって増幅した。
(Example)
A-Materials and methods
I. Cloning of Cyan Fluorescent Protein An ECFP (pHis-ECFP) expression plasmid was constructed from the pECFPN1 vector (Clontech) as follows: The entire ECFP sequence (SEQ ID NO: 1) of the pECFPN1 vector is the sequence of SEQ ID NO: 35. PCR was carried out using 5′-AAGGCGCCGTGAGCAAGGGCGAGGAGCTG-3 ′ (forward primer) and 5′-TTAAGCTTACTTGTACAGCTCGTCCATGCC-3 ′ (reverse primer) of SEQ ID NO: 36.

得られたPCR生成物を次にHindIIIおよびEheIによって消化し、pPROEX-HTa発現ベクター(GibcoBRL)にライゲーションし、次に制限マッピングおよび配列決定によって検査した。得られた組換えタンパク質(ここでは配列番号4)の精製を促進するために、pPROEX-HTaベクターの配列MSYYHHHHHHDYDIPTTENLYFQGA(配列番号70)(6個のヒスチジンおよびプロテアーゼTEV切断部位を含む)がECFPのN末端に挿入されるように、クローニングを実行した。ECFPの蛍光特性は、この配列による影響を受けない。   The resulting PCR product was then digested with HindIII and EheI, ligated into the pPROEX-HTa expression vector (GibcoBRL), and then examined by restriction mapping and sequencing. To facilitate purification of the resulting recombinant protein (herein SEQ ID NO: 4), the sequence MSYYHHHHHDYDIPTTENLYFQGA (SEQ ID NO: 70) of the pPROEX-HTa vector contains 6 histidine and protease TEV cleavage sites. Cloning was performed so that it was inserted at the end. The fluorescence properties of ECFP are not affected by this sequence.

II.シアン蛍光性タンパク質のpH感受性の低減を可能にする方法
II.1.定方向突然変異誘発
Stratageneからの「QuikChange突然変異誘発」プロトコルに従って、定方向突然変異誘発により単一の突然変異をシアン蛍光性タンパク質に導入した。各突然変異のために特異的プライマーを設計した(Table 2(表2)を参照)。
II. Methods enabling reduction of pH sensitivity of cyan fluorescent protein
II.1.Directed mutagenesis
A single mutation was introduced into the cyan fluorescent protein by directed mutagenesis according to the “QuikChange mutagenesis” protocol from Stratagene. Specific primers were designed for each mutation (see Table 2).

したがって、148Gモノマー突然変異は、148Gf(配列番号37)および148Gr(配列番号38)プライマーを用いて導入し;148Sモノマー突然変異は、148Sf(配列番号39)および148Sr(配列番号40)プライマーを用いて導入し;65Sモノマー突然変異は、65Sf(配列番号49)および65Sr(配列番号50)プライマーを通して導入した。   Thus, the 148G monomer mutation was introduced using the 148Gf (SEQ ID NO: 37) and 148Gr (SEQ ID NO: 38) primers; the 148S monomer mutation was used with the 148Sf (SEQ ID NO: 39) and 148Sr (SEQ ID NO: 40) primers. The 65S monomer mutation was introduced through the 65Sf (SEQ ID NO: 49) and 65Sr (SEQ ID NO: 50) primers.

簡潔には、使用した反応条件は以下の通りであった:39μLの水に、突然変異させるシアン蛍光性タンパク質(例えばpHis-ECFP)を発現する1μLのプラスミドベクター(10ng/μL)、導入する突然変異に特異的な各フォワードおよびリバースプライマーの1.5μL(100ng/μL)、1μLのdNTP(10mM)、5μLの反応緩衝液10×および1μLのDNAポリメラーゼPfuUltra HF(2.5U/μL)を加えた。次に、突然変異したヌクレオチド配列の増幅は、この混合物をサーモサイクラーの以下の条件にさらすことによって得られた:95℃で2分の初期サイクル、続いて各サイクルが95℃で30秒、58℃で30秒および72℃で10分からなる18の増幅サイクル、最後に72℃で10分の最終サイクル。最後に、PCR生成物中の突然変異の存在を、DpnI酵素による消化(2.5U;37℃で1時間)およびDNA配列決定によって検査した。   Briefly, the reaction conditions used were as follows: 39 μL of water, 1 μL of plasmid vector (10 ng / μL) expressing the cyan fluorescent protein to be mutated (e.g., pHis-ECFP), suddenly introduced 1.5 μL (100 ng / μL) of each forward and reverse primer specific for the mutation, 1 μL dNTP (10 mM), 5 μL reaction buffer 10 × and 1 μL DNA polymerase PfuUltra HF (2.5 U / μL) were added. Amplification of the mutated nucleotide sequence was then obtained by exposing this mixture to the following conditions of the thermocycler: initial cycle of 2 minutes at 95 ° C, followed by 30 seconds at 95 ° C for each cycle, 58 ° C. 18 amplification cycles of 30 seconds at 72 ° C and 10 minutes at 72 ° C, and finally 10 minutes at 72 ° C Finally, the presence of the mutation in the PCR product was checked by digestion with DpnI enzyme (2.5 U; 1 hour at 37 ° C.) and DNA sequencing.

定方向突然変異誘発の同じ方法によって、前述の突然変異の前か後に以下の追加の突然変異を導入した。
- 72A、配列番号51および配列番号52の配列のプライマーを用いる;
- 145A、配列番号53および配列番号54の配列のプライマーを用いる;
- 206K、配列番号55および配列番号56の配列のプライマーを用いる。
By the same method of directed mutagenesis, the following additional mutations were introduced before or after the aforementioned mutations:
-Using primers of sequence 72A, SEQ ID NO 51 and SEQ ID 52;
-Using primers of the sequences 145A, SEQ ID NO 53 and SEQ ID NO 54;
-Use primers of 206K, SEQ ID NO: 55 and SEQ ID NO: 56.

II.2.シアン蛍光性タンパク質突然変異体の生成および精製
シアン蛍光性タンパク質突然変異体の生成および精製は、下記のプロトコルに従って実行した。
II.2. Generation and purification of cyan fluorescent protein mutants Generation and purification of cyan fluorescent protein mutants were performed according to the following protocol.

突然変異シアン蛍光性タンパク質は、製造業者の指示に従ってTOP10コンピテント細胞(Invitrogen)を対象のベクター(すなわち突然変異蛍光性タンパク質をコードするもの)で形質転換することによって調製した。100μg/mLのアンピシリンを含有する1.5LのLuria-Bertani培地(LB)の予熱した容量を、対象のベクターを発現する、事前に一晩培養した25mLの出発培養物で接種した。細胞のOD600が0.6の値に到達したときに、形質転換細胞にイソプロピル-D-チオガラクトピラノシド(IPTG、1mM)を加えることによって、タンパク質の生成を誘導した。30℃で18時間培養した後に、遠心分離によって誘導細胞を収集し、冷凍した。次に細胞を30mLの溶解緩衝液(50mMトリス-HCl、5mMの2-メルカプトエタノール、1mMのPMSFおよび0.02mg/mLのDNアーゼ)に懸濁させ、超音波処理した。最後に、上清だけを収集するために、遠心分離(40,000rpm、6℃で1h30)に細胞細片を除去させた。 Mutant cyan fluorescent protein was prepared by transforming TOP10 competent cells (Invitrogen) with the vector of interest (ie, encoding the mutant fluorescent protein) according to the manufacturer's instructions. A pre-warmed volume of 1.5 L Luria-Bertani medium (LB) containing 100 μg / mL ampicillin was inoculated with 25 mL of a previously cultured overnight culture expressing the vector of interest. When the OD 600 of the cells reached a value of 0.6, protein production was induced by adding isopropyl-D-thiogalactopyranoside (IPTG, 1 mM) to the transformed cells. After culturing at 30 ° C. for 18 hours, the induced cells were collected by centrifugation and frozen. Cells were then suspended in 30 mL lysis buffer (50 mM Tris-HCl, 5 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM PMSF and 0.02 mg / mL DNase) and sonicated. Finally, cell debris was removed by centrifugation (40,000 rpm, 1 h30 at 6 ° C.) to collect only the supernatant.

各突然変異シアン蛍光性タンパク質の精製のために、0.22μmのフィルターを用いて上清を濾過し、pH7.5のリン酸緩衝液(30mMのNaH2PO4、700mMのNaCl、30mMのイミダゾール)で2倍に希釈した。この溶液を次に、5mLのニトロ酢酸ニッケル(Ni-NTA)アガロース(15mL、Sigma)を含有するカラム内で1時間沈着させた。カラムを次に洗浄し(30mMのNaH2PO4、100mMのNaCl、10mMのイミダゾール、pH7.5)、対象のタンパク質を溶出した(30mMのNaH2PO4、100mMのNaCl、150mMのイミダゾール、pH7.5)。-20℃で保管する前に、分光実験のために、各精製タンパク質の溶液を、等モル濃度のCAPS、2-(N-モルホリノ)エタン酸(MES)およびビス-トリスプロパンからなる2mMの濃度およびpH7.4の緩衝液で透析し、次に150μMの範囲の濃度のタンパク質溶液を得るために濃縮した。 For purification of each mutant cyan fluorescent protein, the supernatant was filtered using a 0.22 μm filter, pH 7.5 phosphate buffer (30 mM NaH 2 PO 4 , 700 mM NaCl, 30 mM imidazole). Dilute to 2 times. This solution was then deposited for 1 hour in a column containing 5 mL of nickel nitroacetate (Ni-NTA) agarose (15 mL, Sigma). The column was then washed (30 mM NaH 2 PO 4 , 100 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 7.5) and the protein of interest was eluted (30 mM NaH 2 PO 4 , 100 mM NaCl, 150 mM imidazole, pH 7 .Five). Prior to storage at −20 ° C., each purified protein solution was subjected to a 2 mM concentration consisting of equimolar concentrations of CAPS, 2- (N-morpholino) ethanoic acid (MES) and bis-trispropane for spectroscopic experiments. And dialyzed against pH 7.4 buffer, then concentrated to obtain a protein solution with a concentration in the range of 150 μM.

次に、精製タンパク質の濃度を、標準としてBSA(ウシ血清アルブミン、1mg/mL)とビシンコニン酸を用いる検査によって求めた。   Next, the concentration of the purified protein was determined by a test using BSA (bovine serum albumin, 1 mg / mL) and bicinchoninic acid as standards.

ECFPrの純度は、質量分析によって、99%より優れていると推定された。同じプロトコルによって精製した突然変異体の純度は、類似していると推定された(電気泳動ゲルにおいて挙動の差は観察されなかった)。   The purity of ECFPr was estimated to be better than 99% by mass spectrometry. The purity of mutants purified by the same protocol was estimated to be similar (no difference in behavior was observed in the electrophoresis gel).

II.3.蛍光分光法およびpH感受性の評価
蛍光吸収および発光の全ての分光測定は、濃度が10μMを超えない精製タンパク質の溶液で実施した。定常分光測定(吸収および発光スペクトル)および蛍光発光減衰の獲得の両方で、タンパク質濃度は一般に10μMであった。
II.3. Evaluation of fluorescence spectroscopy and pH sensitivity All spectroscopic measurements of fluorescence absorption and emission were performed on solutions of purified protein with concentrations not exceeding 10 μM. The protein concentration was generally 10 μM for both stationary spectroscopic measurements (absorption and emission spectra) and acquisition of fluorescence emission decay.

pH研究のために、対象タンパク質の濃溶液の一定分量を、適するpH(測定精度:0.1pH単位)に事前に調整した別々の緩衝液に希釈した。用いた緩衝液の性質は、研究したpH範囲による:
(i) 5.5より上のpH値(pH5.5〜11)のためには、用いた緩衝液は、H2SO4またはNaOH(Aldrich)の添加によってpHを調整したMCBtP 33mM(通常の緩衝液MES、CAPSおよびビス-トリスプロパンの等モル混合物)である;
(ii) 5.5より下のpH値(pH2.5〜5.5)のためには、用いた緩衝液は、NaOHの添加によって同じくpHを調整したクエン酸50mM/NaOHである。
For pH studies, aliquots of concentrated solutions of the protein of interest were diluted in separate buffers that were pre-adjusted to the appropriate pH (measurement accuracy: 0.1 pH units). The nature of the buffer used depends on the pH range studied:
(i) For pH values above 5.5 (pH 5.5-11), the buffer used was MCBtP 33 mM (normal buffer) adjusted for pH by addition of H 2 SO 4 or NaOH (Aldrich). Equimolar mixture of MES, CAPS and bis-trispropane);
(ii) For pH values below 5.5 (pH 2.5-5.5), the buffer used is citric acid 50 mM / NaOH, also pH adjusted by addition of NaOH.

蛍光性タンパク質溶液への濃酸の直接添加は、不可逆的なタンパク質凝集を避けるために避けられた。   Direct addition of concentrated acid to the fluorescent protein solution was avoided to avoid irreversible protein aggregation.

II.3.a.定常蛍光分光法
厚さ1cmで黒い側壁を有するクォーツキュベット(Hellma)を用いて、Perkin Elmer Lambda 900分光計で紫外可視吸収スペクトルを実行した。
II.3.a. Stationary fluorescence spectroscopy UV-visible absorption spectra were performed on a Perkin Elmer Lambda 900 spectrometer using a quartz cuvette (Hellma) with a 1 cm thickness and black sidewalls.

各精製タンパク質の蛍光発光スペクトルは、厚さ0.3cmで黒い壁を有するクォーツキュベット(Hellma 105-251-QS、Hellma Ltd)を用いて、Fluorolog3 HORIBA Jobin Yvonスペクトル蛍光光度計により制御された温度(T=20℃±0.1℃)で測定した。励起および発光モノクロメーターのスリット幅は、1nmに設定した。次に、1秒の積分時間および1nmの増分でスペクトルを収集した。緩衝液によって放出されるバックグラウンドノイズは、引き算した。   The fluorescence emission spectra of each purified protein was measured using a quartz cuvette (Hellma 105-251-QS, Hellma Ltd) with a thickness of 0.3 cm and a temperature controlled by a Fluorolog 3 HORIBA Jobin Yvon spectrum fluorometer (T = 20 ° C. ± 0.1 ° C.). The slit width of the excitation and emission monochromator was set to 1 nm. The spectra were then collected with an integration time of 1 second and 1 nm increments. The background noise emitted by the buffer was subtracted.

各精製蛍光性タンパク質のために、pHの関数として求めた蛍光発光スペクトルおよびその発生から、474nm(ECFPr発光スペクトルの最大値)での強度を測定した。次にこれらの蛍光強度を420nm(励起波長)での吸光度変動について補正し、これは、474nmでの蛍光発光の量子収量の変動の測定を可能にする。最も弱い蛍光強度に対応するpH7.4およびpH2.5でのこれらの蛍光強度の合計が半減されるpH値として、半移行pH、pH1/2を次に測定した。 For each purified fluorescent protein, the intensity at 474 nm (the maximum value of the ECFPr emission spectrum) was measured from the fluorescence emission spectrum determined as a function of pH and its generation. These fluorescence intensities are then corrected for absorbance variation at 420 nm (excitation wavelength), which allows measurement of variation in quantum yield of fluorescence emission at 474 nm. The half-transition pH, pH 1/2, was then measured as the pH value at which the sum of these fluorescence intensities at pH 7.4 and pH 2.5, corresponding to the weakest fluorescence intensity, was halved.

II.3.b.時間分解蛍光分光法
蛍光発光減衰は、Ti:サファイヤチューナブルレーザーを励起源として、532nm(10W Verdi、Coherent)のレーザーダイオードによって光学的にポンプ輸送されるロックモード(MIRA 900、Coherent、Watford、UK)で、時間相関単一光子計数法(TCSPC)を用いて記録した。
II.3.b.Time-resolved fluorescence spectroscopy Fluorescence emission decay is achieved in a locked mode (MIRA 900) optically pumped by a 532 nm (10 W Verdi, Coherent) laser diode using a Ti: sapphire tunable laser as the excitation source Coherent, Watford, UK) using time correlated single photon counting (TCSPC).

レーザー繰返し数パルスは、パルスピッカー(結晶SiO2、APE、Berlin、Germany)を通して76MHzから3.8MHzに低減された。パルスピッカーの後、BBO結晶ダブラーを用いて840nmレーザー放射の周波数を2倍にすることによって420nmの励起波長を得た。周波数を2倍にした後、温度制御されたマルチポジション試料ホルダーに置かれた試料に、レーザー励起光を送った。試料での平均レーザー出力は、典型的に1〜1.5μW(約1〜2mmのビームウェスト)であった。蛍光減衰曲線は、急速電子装置(Ortec、Phillips & Tennelec)によって収集した。LUDOX溶液(Dupont)によって散乱された光を測定することによって得られた機器応答関数(IRF)は、60〜70psの半値全幅を典型的に有する。励起は垂直に分極され、試料蛍光は、発光モノクロメーターの前にマジック角(54.7°)に向けられた偏光子に通された。モノクロメータースペクトル分解能が24nmであったECFPr(H148D)で実行されたpH研究を除いて、ほとんどの実験でこの分解能は6nmである。十分統計量を得るために、数十サイクルにわたって試料蛍光およびIRFを交互に収集した:各減衰曲線のために、1秒につき約104ctの速度で、およそ20.106の総カウントを収集した。 The laser repetition rate pulse was reduced from 76 MHz to 3.8 MHz through a pulse picker (crystalline SiO2, APE, Berlin, Germany). After the pulse picker, an excitation wavelength of 420 nm was obtained by doubling the frequency of 840 nm laser radiation using a BBO crystal doubler. After doubling the frequency, laser excitation light was sent to the sample placed in a temperature-controlled multi-position sample holder. The average laser power at the sample was typically 1-1.5 μW (about 1-2 mm beam waist). Fluorescence decay curves were collected by a rapid electronic device (Ortec, Phillips & Tennelec). The instrument response function (IRF) obtained by measuring the light scattered by the LUDOX solution (Dupont) typically has a full width at half maximum of 60-70 ps. The excitation was vertically polarized and the sample fluorescence was passed through a polarizer directed at the magic angle (54.7 °) in front of the emission monochromator. In most experiments, this resolution is 6 nm, except for pH studies performed with ECFPr (H148D) where the monochromator spectral resolution was 24 nm. To obtain sufficient statistics, sample fluorescence and IRF were collected alternately over several tens of cycles: a total count of approximately 20.10. 6 was collected at a rate of about 10 4 ct per second for each decay curve.

III.低減されたpH感受性を有するバイオセンサーの開発
III.1. pHAKARバイオセンサーの構築
低減されたpH感受性を有するpHAKARバイオセンサーは、それぞれのエネルギーアクセプターおよびドナーとしてCitrineおよびシアン蛍光性タンパク質(特に突然変異26R、164Hおよび206Kを含む)、ならびにそれ自体リン酸化アミノ酸(FHA)への結合ドメインおよびプロテインキナーゼA基質配列(PKAと呼ばれる)からなる、これらの2つのタンパク質にはさまれる生体感受性センサーからなる、AKAR 2.2バイオセンサー(Dunnら、2006)から構築した。基質配列でのトレオニンのPKAによるリン酸化は、FHA結合ドメインによる後者の認識につながり;これはバイオセンサーの立体構造の変化につながり、それはシアン蛍光性タンパク質とCitrineとの間のFRETシグナルの増加もたらす。
III. Development of biosensors with reduced pH sensitivity
III.1. Construction of pHAKAR biosensors pHAKAR biosensors with reduced pH sensitivity are Citrine and cyan fluorescent proteins (particularly including mutations 26R, 164H and 206K) as their energy acceptors and donors, and The AKAR 2.2 biosensor (Dunn et al., 2006), consisting of a biosensitive sensor sandwiched between these two proteins, itself consisting of a binding domain to phosphorylated amino acid (FHA) and a protein kinase A substrate sequence (called PKA) Built from. Phosphorylation of threonine by PKA at the substrate sequence leads to recognition of the latter by the FHA binding domain; this leads to a change in the biosensor conformation, which leads to an increase in the FRET signal between cyan fluorescent protein and Citrine .

AKAR2.2バイオセンサーをコードするヌクレオチド配列を、pcDNA3ベクター(Life Technologies)に最初に挿入した。   The nucleotide sequence encoding the AKAR2.2 biosensor was first inserted into the pcDNA3 vector (Life Technologies).

配列番号49および配列番号50の配列のプライマーカップルならびに配列番号37および配列番号38のカップルをそれぞれ用いる「QuikChange」キット(Stratagene)による点突然変異誘発によって、次に65Sおよび148G突然変異をpcDNA3-AKAR2.2プラスミドに導入した。したがって、バイオセンサーのシアン蛍光性タンパク質は、本発明の65Sおよび148G突然変異を含む。   Point mutations with the "QuikChange" kit (Stratagene) using primer couples of sequences SEQ ID NO: 49 and SEQ ID NO: 50 and couples of SEQ ID NO: 37 and SEQ ID NO: 38, respectively, followed by 65S and 148G mutations by pcDNA3-AKAR2 .2 introduced into the plasmid. Thus, the cyan fluorescent protein of the biosensor contains the 65S and 148G mutations of the present invention.

次に、オレンジ色蛍光発光を有するTagRFPモノマータンパク質(Merzlyakら、2007)を、以下の通りにCitrineの代わりにクローニングした:バイオセンサーの突然変異シアン蛍光性タンパク質および生体感受性センサーをコードするヌクレオチド配列を、pPROEXHTaベクター(GibcoBRL)にHindIIIとSacIの制限部位の間に先ずクローニングした;次に、TagRFPタンパク質のためのヌクレオチド配列を、配列番号77(5'ATTAGAGCTCATGGTGTCTAAGGGCGAA3')の配列のTagRFPfおよび配列番号78(5'ATAATGAATTCTTAATTAAGTTTGTGCCCC3')の配列のTagRFPrのプライマーを用いて市販のpTagRFP-Cベクター(Evrogen)からPCRによって増幅し、pPROEXHTaベクターのSacIとEcoRI部位の間にクローニングした[配列番号82の配列のECFPr-生体感受性センサー]。   Next, TagRFP monomer protein with orange fluorescent emission (Merzlyak et al., 2007) was cloned in place of Citrine as follows: Nucleotide sequences encoding biosensor mutant cyan fluorescent protein and biosensitive sensor , First cloned between the HindIII and SacI restriction sites into the pPROEXHTa vector (GibcoBRL); then the nucleotide sequence for the TagRFP protein was tagged with SEQ ID NO: 77 (5'ATTAGAGCTCATGGTGTCTAAGGGCGAA3 ') 5′ATAATGAATTCTTAATTAAGTTTGTGCCCC3 ′) sequence TagRFPr primer was used to amplify by PCR from a commercially available pTagRFP-C vector (Evrogen) and cloned between the SacI and EcoRI sites of the pPROEXHTa vector [ECFPr− of sequence SEQ ID NO: 82 Biosensitive sensor].

それによって得た、蛍光性タンパク質対配列番号82の配列のECFPr/TagRFP、ならびに生体感受性センサーを含有する、pHAKARという名称のプロテインキナーゼAバイオセンサーを、pCDNA3プラスミドベクターのHindIIIおよびEcoRI制限部位に次に導入した。各クローニングは、配列決定によって検査した。   The resulting protein kinase A biosensor, named pHAKAR, containing the fluorescent protein pair ECFPr / TagRFP of sequence SEQ ID NO: 82, and a biosensitive sensor, is then placed in the HindIII and EcoRI restriction sites of the pCDNA3 plasmid vector. Introduced. Each cloning was verified by sequencing.

ECFPr(65S、148G)タンパク質をコードするプラスミド(pECFPN1、Clontech)およびpHAKARバイオセンサーをコードするプラスミド(pcDNA3-pHAKAR)を大腸菌で増幅させ、1μg/μL濃度で保管した。   Plasmids encoding ECFPr (65S, 148G) protein (pECFPN1, Clontech) and a plasmid encoding pHAKAR biosensor (pcDNA3-pHAKAR) were amplified in E. coli and stored at a concentration of 1 μg / μL.

III.2. pHAKARバイオセンサーのpH感受性の蛍光分光法および評価
10%ウシ胎仔血清(Gibco)を追加したDMEM培地の存在下で、BHKハムスター細胞を25cm2フラスコで増殖させた。再ピッキングの間、6ウェルプレートの底に置いた25mm直径のガラスカバーグラスの上に細胞を沈着させ、次に、製造業者のプロトコルに従ってpECFPN1またはpcDNA3-pHAKARプラスミドで90%集密度のリポトランスフェクションによってトランスフェクトさせた(2mLの培地につき4μgのプラスミドおよび10μLのLipofectamine2000;Life Technologies)。トランスフェクションの24時間後に、カバーグラスをattofluor金属チャンバー(Life Technologies)に装着した。測定のために用いた培地は、140mMのKCL、15mMのMES緩衝液および15mMのHepes緩衝液を含有し、そのpHは所望値(7.4または5.9)に調整した。イオノフォア、ナイジェリシン(最終濃度10μM)によって、細胞内pHを外部のpHに調整した。ナイジェリシンとの37℃で5分間のインキュベーションの後、トランスフェクトさせた細胞を20℃で顕微鏡プレートの上に置いた。
III.2. Fluorescence spectroscopy and evaluation of pH sensitivity of pHAKAR biosensor
BHK hamster cells were grown in 25 cm 2 flasks in the presence of DMEM medium supplemented with 10% fetal calf serum (Gibco). During re-picking, cells were deposited on 25 mm diameter glass coverslips placed on the bottom of a 6-well plate and then 90% confluent lipotransfection with pECFPN1 or pcDNA3-pHAKAR plasmid according to manufacturer's protocol (4 μg plasmid and 2 μL Lipofectamine 2000; Life Technologies per 2 mL medium). Twenty-four hours after transfection, coverslips were mounted in attofluor metal chambers (Life Technologies). The medium used for the measurement contained 140 mM KCL, 15 mM MES buffer and 15 mM Hepes buffer, and its pH was adjusted to the desired value (7.4 or 5.9). The intracellular pH was adjusted to the external pH with ionophore and nigericin (final concentration 10 μM). After incubation with nigericin at 37 ° C. for 5 minutes, the transfected cells were placed on a microscope plate at 20 ° C.

単独かpHAKARバイオセンサーに組み込まれる65Sおよび148G突然変異を少なくとも含むECFPrタンパク質によって放出される蛍光の寿命を、水浸対物レンズ(×60、NA 1,2)、水銀ランプおよび蛍光細胞の同定を可能にする蛍光検出系(フィルター:ECFPrのためにOmega XF114-2およびTagRFPのためにTRITC-B-NTE Semrock)、ならびに蛍光寿命の測定のための励起および検出手段を取り付けたNIKON TE2000顕微鏡を用いて異なるpH値(7.40および5.9)で次に観察した。励起は、繊維状の、本来共焦点鏡検のために用いられるC1ヘッドスキャン型(Nikon)に注入された、442nmでのパルスダイオード(LDH 440およびPDL 800Dドライバー、PicoQuant)によって実行した。ヘッドスキャンはEZ-C1ソフトウェアによって導かれ、試料励起の空間制御を可能にする。対物レンズ下で、蛍光光子は、濾過(Omega 480AF30フィルターおよび2つの458nm RazorEdge Long-Pass Semrock)の後、格納式のダイクロイックミラー(45°のSWP-500、Lambda Research)によってマイクロチャネルプレート(Hamamatsu)の方へ反射された。励起レーザーパルスとも同期されている光子計数モジュールPicoHarp300(Picoquant)によって、次にシグナルを収集した。データは、SymPhoTime(Picoquant)ソフトウェアによって分析した。各細胞を対象領域として同定し、蛍光寿命のヒストグラムをこの領域内の全てのピクセルから計算した。カウント総数は1と5.106の間に含まれ、平均寿命はSymPhoTimeによって計算した。各pH条件のために、5〜10個の細胞を測定した。 Lifetime of fluorescence emitted by ECFPr protein containing at least 65S and 148G mutations incorporated into pHAKAR biosensors alone or in water, allowing identification of immersion objectives (x60, NA 1,2), mercury lamps and fluorescent cells Using a NIKON TE2000 microscope equipped with a fluorescence detection system (filters: Omega XF114-2 for ECFPr and TRITC-B-NTE Semrock for TagRFP), and excitation and detection means for fluorescence lifetime measurements Next observed at different pH values (7.40 and 5.9). Excitation was performed by a pulsed diode at 442 nm (LDH 440 and PDL 800D driver, PicoQuant) injected into a fibrous, C1 headscan type (Nikon) originally used for confocal microscopy. Headscan is guided by EZ-C1 software and allows spatial control of sample excitation. Under the objective lens, the fluorescence photons are filtered (Omega 480AF30 filter and two 458nm RazorEdge Long-Pass Semrock), followed by a retractable dichroic mirror (45 ° SWP-500, Lambda Research) in a microchannel plate (Hamamatsu). It was reflected toward. The signal was then collected by a photon counting module PicoHarp300 (Picoquant) that was also synchronized with the excitation laser pulse. Data was analyzed by SymPhoTime (Picoquant) software. Each cell was identified as a region of interest, and a fluorescence lifetime histogram was calculated from all pixels in this region. The total count was included between 1 and 5.10 6 and the average life was calculated by SymPhoTime. For each pH condition, 5-10 cells were measured.

IV. ECFPシアン蛍光性タンパク質の量子収量、蛍光減衰および光安定性に及ぼす65S突然変異の影響の研究
上のポイントIIに記載のプロトコルに従って、ECFPr、ECFPr(65S)、ECFPr(72A、145Aおよび148D)およびECFPr(65S、72A、145Aおよび148D)タンパク質を生成、生産および精製した。
IV. Study of the effect of 65S mutation on quantum yield, fluorescence decay and photostability of ECFP cyan fluorescent protein According to the protocol described in Point II above, ECFPr, ECFPr (65S), ECFPr (72A, 145A and 148D ) And ECFPr (65S, 72A, 145A and 148D) proteins were produced, produced and purified.

IV.1.分光データの分析
Merolaら(1989)およびCouprieら(1994)によって記載される最大エントロピー法を用いて、対応する装置関数(IRF)を有する各蛍光発光減衰F(t)を個々に分析した。この分析は、実験的減衰F(t)が以下のコンボリューションの積であると仮定し:
IV.1. Analysis of spectroscopic data
Each fluorescence emission decay F (t) with corresponding instrument function (IRF) was analyzed individually using the maximum entropy method described by Merola et al. (1989) and Couprie et al. (1994). This analysis assumes that the experimental decay F (t) is the product of the following convolution:

上式で、g(t)は測定されたIRFであり、Im(t)は無限に短い励起へ連続する蛍光発光法則I(t)を表す。分析は、蛍光減衰法則が多数の指数項で構成されると推測する。したがって、総減衰は以下の式に対応し: Where g (t) is the measured IRF and I m (t) represents the fluorescence emission law I (t) continuous to infinitely short excitation. The analysis assumes that the fluorescence decay law consists of a number of exponential terms. Therefore, the total attenuation corresponds to the following formula:

上式で、α(t)は標準化された前指数振幅(すなわち Where α (t) is the normalized pre-exponential amplitude (i.e.

)の分布であり、I0は、測定の実験条件を組み込む不定因子である。F(t)とg(t)の間の時間シフトも最適化し、低減したχ2値が範囲0.97〜1.05に見出され、残分および自己相関関数はランダムに分布する。 ) And I 0 is an indeterminate factor that incorporates the experimental conditions of measurement. The time shift between F (t) and g (t) is also optimized, and reduced χ 2 values are found in the range 0.97 to 1.05, with residuals and autocorrelation functions distributed randomly.

この方法によって回収される蛍光寿命α(t)の分布から、分布で観察される各別々のピークの積分によって、少数の個々の構成要素(τi)およびそれらの対応する前指数振幅(ci)が得られた。分布α(t)は、蛍光量子収量(Value B.、2006)に比例するべき平均蛍光寿命<τf>: From the distribution of fluorescence lifetimes α (t) recovered by this method, the integration of each individual peak observed in the distribution results in a small number of individual components (τ i ) and their corresponding pre-exponential amplitudes (c i )was gotten. The distribution α (t) is the mean fluorescence lifetime <τ f >, which should be proportional to the fluorescence quantum yield (Value B., 2006):

を計算するために用いられた。 Was used to calculate

ci、τiおよび<τf>の測定不確実性は、いくつかの反復同一実験からの標準偏差から求めた。 The measurement uncertainties for c i , τ i and <τ f > were determined from standard deviations from several repeated identical experiments.

IV.2.シンクロトロン放射円二色性
測定は、11μmフッ化カルシウム円形キュベット(Wienら、2005)(Hellma)を用いて、Soleilシンクロトロン(Gif sur Yvette、France)(Giulianiら、2009)のDISCOビームラインで実行した。
IV.2. Synchrotron radiation circular dichroism was measured using a 11 μm calcium fluoride circular cuvette (Wien et al., 2005) (Hellma) and using Solil synchrotron (Gif sur Yvette, France) (Giuliani et al., 2009). Performed at DISCO beamline.

典型的に、タンパク質濃度は、pH2.5で8mg/L、およびpH7.4で18mg/Lであった。全ての試料は、それらの緩衝液(pH7.4の30mM CAPS、30mM MESおよび30mMのビス-トリスプロパンならびにpH2.5の30mMクエン酸)でその前日に調製した。各タンパク質のために、1秒につき1nmの間隔での170から280nmまでの3つのスキャンを記録し、その後平均した。ベースライン(緩衝液を用いる)の3連続スキャンを同様に得、平均した。全てのタンパク質のために、実験を25℃で記録した。緩衝液スペクトルを、対応する試料のそれから引き算した。260〜270nm領域をゼロに設定し、生じたスペクトルは、CDtoolソフトウェアを用いてCSA(D-10-カンフォスルホン酸)で較正した(Leesら、2004)。残分あたりの平均円二色性は、M-1.cm-1と表される(Kellyら、2005)。二次構造の判定は、CDSSTRおよびCONTINLLアルゴリズムならびにSP175データベースを用いてDICHROWEB(Whitmoreら、2004)によって実施した(Leesら、2006)。2つのアルゴリズムは、類似した結果を提供する。結果は、CDSSTRアルゴリズムを用いて得られた。NRMSD調整パラメータは、全てのタンパク質について0.030〜0.050の範囲内である。 Typically, the protein concentration was 8 mg / L at pH 2.5 and 18 mg / L at pH 7.4. All samples were prepared the day before with their buffer (30 mM CAPS pH 7.4, 30 mM MES and 30 mM bis-trispropane and pH 2.5 30 mM citrate). For each protein, three scans from 170 to 280 nm at 1 nm intervals per second were recorded and then averaged. Three consecutive scans of baseline (using buffer) were similarly obtained and averaged. Experiments were recorded at 25 ° C. for all proteins. The buffer spectrum was subtracted from that of the corresponding sample. The 260-270 nm region was set to zero and the resulting spectrum was calibrated with CSA (D-10-camphosulfonic acid) using CDtool software (Lees et al., 2004). The average circular dichroism per residue is expressed as M −1 .cm −1 (Kelly et al., 2005). Secondary structure determination was performed by DICHROWEB (Whitmore et al., 2004) using the CDSSTR and CONTINLL algorithms and the SP175 database (Lees et al., 2006). The two algorithms provide similar results. Results were obtained using the CDSSTR algorithm. NRMSD adjustment parameters are in the range of 0.030 to 0.050 for all proteins.

IV.3.光退色実験
IV.3.a.シアン蛍光性タンパク質によるアガロースビーズの標識
ニッケル積載アガロースビーズ(Sigma)を、上述の突然変異組換えタンパク質で標識した。100μLの堆積したビーズを事前に洗浄し、リン酸緩衝液(pH7.5)で平衡させ、冷所で穏やかに撹拌しながら総容積1mLの1〜5μMの精製タンパク質と1時間インキュベートした。次に、ビーズを5000rpmで5分間遠心分離し、2回洗浄し、PBSに再懸濁させた。光退色のために、ビーズ懸濁液の数マイクロリットルを直径25mmの顕微鏡カバーグラスの上に沈着させた。
IV.3. Photobleaching experiment
IV.3.a. Labeling of agarose beads with cyan fluorescent protein Nickel-loaded agarose beads (Sigma) were labeled with the mutant recombinant protein described above. 100 μL of the deposited beads were prewashed, equilibrated with phosphate buffer (pH 7.5), and incubated with 1-5 μM of purified protein in a total volume of 1 mL for 1 hour with gentle agitation in the cold. The beads were then centrifuged at 5000 rpm for 5 minutes, washed twice and resuspended in PBS. For photobleaching, several microliters of bead suspension was deposited on a microscope cover glass with a diameter of 25 mm.

IV.3.b.サイトゾルシアン蛍光性タンパク質の発現
製造業者の推奨(Invitrogen)に従ってLipofectamine2000を用いて、直径25mmのカバーグラスの上で培養したMDCK細胞を、対象のシアン蛍光性タンパク質をコードする真核生物の発現プラスミドで一時的にトランスフェクトさせた。それらのトランスフェクションの24〜48時間後に、これらの細胞を研究した。
IV.3.b. Expression of cytosolic cyan fluorescent protein MDCK cells grown on 25 mm diameter coverslips using Lipofectamine 2000 according to manufacturer's recommendations (Invitrogen) encode the cyan fluorescent protein of interest Transfections were transiently transfected with eukaryotic expression plasmids. These cells were studied 24-48 hours after their transfection.

IV.3.c.照射および画像化条件
水浸対物レンズ(×60、NA 1.2;Nikon)、HBO 100WのHgランプを備えた落射蛍光顕微鏡を用い、および蛍光を検出するためのECFPダイクロイックフィルター(Omega XF114-2)を用いて、シアン蛍光性タンパク質の蛍光光退色実験を20℃±0.5℃で実施した。照射電力はニュートラルデンシティフィルターで調整し、いかなる減弱もなしで試料で測定された最大電力はほぼ200μW(FieldMaster 13M41検出器、Coherent)であって、照射場の半径は185μmと推定され、試料の上で約0.2W/cm2の平均照度をもたらした。単一のビーズまたはMDCK細胞の群を画像化場の中心に置き、冷却したCCDカメラ(ORCA-AG Hamamatsu)によって蛍光強度を測定し、NIH ImageJソフトウェアを用いて定量化した。ビーズサイズまたはビーズ標識の密度の関数として測定した光退色速度の有意な依存性は、観察することができなかった。
IV.3.c.Irradiation and imaging conditions Using an epifluorescence microscope equipped with a water immersion objective (× 60, NA 1.2; Nikon), HBO 100 W Hg lamp, and ECFP dichroic filter for detecting fluorescence ( Using Omega XF114-2), a fluorescent photobleaching experiment of cyan fluorescent protein was performed at 20 ° C. ± 0.5 ° C. The irradiation power was adjusted with a neutral density filter, the maximum power measured on the sample without any attenuation was approximately 200 μW (FieldMaster 13M41 detector, Coherent) and the irradiation field radius was estimated to be 185 μm, above the sample. Resulted in an average illuminance of about 0.2 W / cm2. Single beads or groups of MDCK cells were placed in the center of the imaging field, fluorescence intensity was measured with a cooled CCD camera (ORCA-AG Hamamatsu), and quantified using NIH ImageJ software. No significant dependence of the photobleaching rate measured as a function of bead size or bead label density could be observed.

IV.3.d.光退色実験のモデル化および分析
動態モデル
シアン蛍光タンパク質ECFPは、速度定数koffおよびkonで特徴づけられる2つの状態、蛍光状態と非蛍光状態の間で光活性化可逆的反応を経ると仮定される。
IV.3.d. Modeling and analysis of photobleaching experiments Kinetic model The cyan fluorescent protein ECFP is a photoactivated reversible between two states characterized by rate constants k off and k on , a fluorescent state and a non-fluorescent state It is postulated that it undergoes a general reaction.

このモデルはこれらの2つの状態の間での熱的緩和、ならびに不可逆的光退色(ここで試験される実験条件により、これらはより遅い時間スケールで起こる)を無視し、2つの形の同一の吸収を仮定する。これは、以下の式をもたらす:   This model ignores thermal relaxation between these two states, as well as irreversible photobleaching (depending on the experimental conditions tested here, they occur on a slower time scale), and the two forms of identical Assume absorption. This results in the following formula:

x、蛍光状態の相対画分を設定し x, set the relative fraction of fluorescence

x0=1ととると(系が暗所で熱的平衡にあるとき、時間0で非蛍光状態はない): Taking x 0 = 1 (when the system is in thermal equilibrium in the dark, there is no non-fluorescent state at time 0):

が得られ、すなわち、急激な照射の結果、蛍光状態のモル画分は、定常レベルy0=kon/(kon+koff)に向かって時定数τRev=1/(kon+koff)で単一指数関数的に減少する。 That is, as a result of rapid irradiation, the molar fraction of the fluorescent state is time constant τ Rev = 1 / (k on + k toward the steady level y 0 = k on / (k on + k off ) off ) decreases monoexponentially.

可逆的光退色実験の調整
初期強度の1への標準化の後、一過性の光退色曲線をモデル
Adjustment of reversible photobleaching experiment After initial intensity standardization to 1, model transient photobleaching curve

によって調整し、上式で、y0は定常蛍光レベルを表し、y1は線形法則を仮定する不可逆的光退色速度定数を表し(y1値は、一般に≒-1*10-3s-1であり、得られる不可逆的光退色速度定数に一致する(図22を参照)、y2およびτRevは可逆的退色のそれぞれ相対的振幅および時定数である。 Where y 0 represents the steady-state fluorescence level and y 1 represents the irreversible photobleaching rate constant assuming a linear law (y 1 values are generally ≈-1 * 10 -3 s -1 Which corresponds to the resulting irreversible photobleaching rate constant (see FIG. 22), y 2 and τ Rev are the relative amplitude and time constant of reversible fading, respectively.

一過性光退色の後の蛍光回復は、照射下で速められる。
初期強度のゼロへの標準化および最大強度の1への標準化の後、同じ解析モデルによって蛍光強度回復曲線を調整した:
Fluorescence recovery after transient photobleaching is accelerated under irradiation.
After normalizing the initial intensity to zero and normalizing the maximum intensity to 1, the fluorescence intensity recovery curve was adjusted with the same analytical model:

蛍光回復のための緩和時間τBackは、蛍光の減損のための緩和時間τRevと優れた一致を示す(図28)。 The relaxation time τ Back for fluorescence recovery shows excellent agreement with the relaxation time τ Rev for fluorescence loss (FIG. 28).

全ての速度定数konおよびkoffは、照射強度に依存する
速度定数konおよびkoffは、y0およびτRevから直接的に得られる:
All rate constants k on and k off depend on the irradiation intensity The rate constants k on and k off are obtained directly from y 0 and τ Rev :

照射電力へのkonおよびkoffの線形依存を仮定する2つの状態の動態モデルにより、緩和時間τRevは励起電力(または、W/cm2で表す照射)にも線形に依存するべきであり、可逆的蛍光減損の画分の場合にはそうあるべきでない(1-y0)(これは低励起電力についてほぼ検証されている:特に図28を参照)。 The k on and k off 2 two states kinetic model assuming linear dependence of the irradiation power, the relaxation time tau Rev should depend linearly to excitation power (or, irradiation expressed in W / cm @ 2), This should not be the case for the reversible fluorescence-depleted fraction (1-y 0 ) (this has been almost verified for low excitation powers; see especially FIG. 28).

シアン蛍光性タンパク質光変換の量子収量
シアン蛍光性タンパク質ECFPrの光変換反応の量子収量φoffおよびφonは、以下の式によって与えられ:
Quantum yield of cyan fluorescent protein photoconversion The quantum yields φ off and φ on of the photoconversion reaction of cyan fluorescent protein ECFPr are given by the following equations:

上式で、kexcは1分子あたりの励起速度であり、有効吸収セクションσexc×励起波長λexcでの光子束Nexcの積によって与えられる:kexcexc(cm2)×Nexc(光子/秒/cm2) Where k exc is the excitation rate per molecule and is given by the product of the effective absorption section σ exc × photon flux N exc at the excitation wavelength λ exc : k exc = σ exc (cm 2 ) × N exc (Photon / second / cm 2 )

ECFPrシアン蛍光性タンパク質については、Iexc=0.05W/cm2の場合、およびλexc=440nmでεonoff≒30000M-1cm-1を仮定すると、kexc=13s-1が得られ、koff=0.18s-1およびkon=0.77s-1であり、φoff=1.4%およびφon=6.1%を与える。 For ECFPr cyan fluorescent protein, assuming I exc = 0.05 W / cm2 and λ exc = 440 nm and assuming ε on = ε off ≈30000 M -1 cm -1 , k exc = 13s -1 is obtained, k off = 0.18 s −1 and k on = 0.77 s −1 , giving φ off = 1.4% and φ on = 6.1%.

B-結果
I. pHの関数としてのECPFおよび本発明による突然変異シアン蛍光性タンパク質のpH感受性の比較
特に酸性pHへの低減されたpH感受性を有するシアン蛍光性タンパク質を生成する目的で、本発明者らは、ECFPのpH感受性に及ぼす様々な突然変異の影響を研究したかった。
B-Result
I. Comparison of pH sensitivity of ECPF as a function of pH and mutant cyan fluorescent protein according to the invention For the purpose of producing cyan fluorescent proteins with reduced pH sensitivity, especially to acidic pH, we We wanted to study the effect of various mutations on the pH sensitivity of ECFP.

したがって、組換え体形式(ECFPr)で様々な単一の突然変異をECFPに導入し、pHが塩基性pHから酸性pHになるときに通常このタンパク質で観察される蛍光強度の減損および蛍光寿命の低減に及ぼすそれらの作用を研究した。この研究の結果は、この後のTable 3(表3)に掲載する。   Therefore, a variety of single mutations were introduced into ECFP in recombinant form (ECFPr) to reduce the fluorescence intensity loss and fluorescence lifetime normally observed with this protein when the pH goes from basic to acidic pH. Their effects on reduction were studied. The results of this study are listed in Table 3 below.

実際、図1およびTable 3(表3)(下記)に見られるように、pHが7.4から5.5に低下するときに、ECFPrは蛍光強度の50%の減損および蛍光寿命の33%の減少を示す。pHが酸性になるとき、スペクトルの改変も見られる。これらの特性は、FRETなどの生細胞での定量的画像化方法でのECFPrの使用の信頼性を強く制限し、その理由は、それらの方法は蛍光シグナルの極わずかな変動に特に感受性であるためである。実際、ECFPrが可溶化される細胞コンパートメントにより、および試験される実験条件により、細胞内pHは変動する。   In fact, as seen in Figure 1 and Table 3 (below), ECFPr shows a 50% loss of fluorescence intensity and a 33% decrease in fluorescence lifetime when the pH drops from 7.4 to 5.5. . Spectral alterations are also seen when the pH becomes acidic. These properties strongly limit the reliability of the use of ECFPr in quantitative imaging methods in living cells such as FRET because they are particularly sensitive to slight variations in fluorescence signal Because. Indeed, the intracellular pH varies depending on the cellular compartment in which ECFPr is solubilized and on the experimental conditions being tested.

さらに、本発明者らによって測定されるECFPrの半移行pH(pH1/2)は5.6であり、中性pHでのその蛍光寿命は2.5nsである。本発明者らによって決定されるECFPrのpH1/2値は、文献に記載のおよそ4.6〜4.7である値と異なることに注意すべきである。本明細書で報告されるような客観分析だけが、本発明のタンパク質と先行技術のそれらの間でのpH1/2の真の差を適切に研究することを可能にする。 Furthermore, the ECFPr half-transition pH (pH 1/2 ) measured by the inventors is 5.6, and its fluorescence lifetime at neutral pH is 2.5 ns. It should be noted that the pH 1/2 value of ECFPr determined by the inventors is different from the value which is approximately 4.6-4.7 as described in the literature. Only an objective analysis as reported herein makes it possible to adequately study the true difference in pH 1/2 between the proteins of the invention and those of the prior art.

したがって、ECFPのpH感受性の課題を解決するために、本発明者らはECFPrの148位に単一の突然変異を先ず導入した。   Therefore, in order to solve the pH sensitivity problem of ECFP, we first introduced a single mutation at position 148 of ECFPr.

148D突然変異の導入は、pHが7.4から5.5になるときに、蛍光強度のほぼ50%の減損および蛍光寿命の40%の減少を示すシアン蛍光性タンパク質を生成した。したがって、中性pHでのその蛍光寿命は3.3nsに到達するのに対してECFPrのそれは2.5nsであるので、ECFPrのそれより高い(Table 3(表3))。したがって、この突然変異はECFPrと比較して酸性pHでの蛍光強度および寿命の減損を低減させなかったが、それは中性pHでの寿命を有意に向上させる。   The introduction of the 148D mutation produced a cyan fluorescent protein that showed an approximately 50% loss in fluorescence intensity and a 40% decrease in fluorescence lifetime when the pH was changed from 7.4 to 5.5. Therefore, its fluorescence lifetime at neutral pH reaches 3.3 ns, whereas that of ECFPr is 2.5 ns, which is higher than that of ECFPr (Table 3). Thus, although this mutation did not reduce fluorescence intensity and lifetime loss at acidic pH compared to ECFPr, it significantly improves lifetime at neutral pH.

次に、本発明者らは148G突然変異をECFPrに導入し、それによってECFPr(148G)タンパク質を生成した。このタンパク質は、酸性pHで蛍光強度の18%の減損および蛍光寿命の6%の減少だけを示す。そのpH1/2は4.9であり、中性pHでのその蛍光寿命は3.37nsである(図2およびTable 3(表3))。したがって、148G突然変異はECFPのpH感受性の低減を可能にする。 Next, we introduced the 148G mutation into ECFPr, thereby producing ECFPr (148G) protein. This protein shows only a 18% loss of fluorescence intensity and a 6% decrease in fluorescence lifetime at acidic pH. Its pH 1/2 is 4.9 and its fluorescence lifetime at neutral pH is 3.37 ns (FIG. 2 and Table 3). Thus, the 148G mutation allows a reduction in the pH sensitivity of ECFP.

本発明者らは、ECFPの148位の他の突然変異、特に突然変異148E、148Sおよび148Aを次に試験した。   We next tested other mutations at position 148 of ECFP, particularly mutations 148E, 148S and 148A.

ECFPr(148E)タンパク質は、pH7.4からpH5.5の間で蛍光強度の27%の減損および蛍光寿命の18%の減少を示す。そのpH1/2は5.1であり、中性pHでのその蛍光寿命は3.15nsである(図15およびTable 3(表3))。 ECFPr (148E) protein exhibits a 27% loss in fluorescence intensity and an 18% decrease in fluorescence lifetime between pH 7.4 and pH 5.5. Its pH 1/2 is 5.1 and its fluorescence lifetime at neutral pH is 3.15 ns (Figure 15 and Table 3).

このように生成したECFPr(148S)タンパク質は、pH7.4からpH5.5の間で蛍光強度の9%の減損および蛍光寿命の15%の減少だけを示す。さらに、このタンパク質のpH1/2は4.5であり、中性pHでのその蛍光寿命は3.17nsである(図3およびTable 3(表3))。したがって、ECFPへの148S突然変異の導入は、低減されたpH感受性を有するシアン蛍光性タンパク質の取得を可能にする。 The ECFPr (148S) protein thus generated shows only a 9% loss of fluorescence intensity and a 15% decrease in fluorescence lifetime between pH 7.4 and pH 5.5. In addition, the pH 1/2 of this protein is 4.5 and its fluorescence lifetime at neutral pH is 3.17 ns (Figure 3 and Table 3). Thus, the introduction of the 148S mutation into ECFP allows the acquisition of cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity.

ECFPr(148A)タンパク質は、pH7.4からpH5.5の間で蛍光強度の7%の減損および蛍光寿命の4%の減少だけを示す。さらに、このタンパク質のpH1/2は4.5であり、中性pHでのその蛍光寿命は3.15nsである(図4およびTable 3(表3))。したがって、ECFPへの148A突然変異の導入は、低減されたpH感受性を有するシアン蛍光性タンパク質の取得を可能にする。 ECFPr (148A) protein shows only a 7% loss of fluorescence intensity and a 4% decrease in fluorescence lifetime between pH 7.4 and pH 5.5. Furthermore, the pH 1/2 of this protein is 4.5, and its fluorescence lifetime at neutral pH is 3.15 ns (Figure 4 and Table 3). Thus, the introduction of the 148A mutation into ECFP allows the acquisition of cyan fluorescent protein with reduced pH sensitivity.

したがって、ECFPの148位のアミノ酸は、このタンパク質のpH感受性で重要な役割を演ずるようである。   Thus, the amino acid at position 148 of ECFP appears to play an important role in the pH sensitivity of this protein.

その後、本発明者らはECFPの65位のアミノ酸に重点を置いた。彼らは定方向突然変異誘発によって65S突然変異を導入し、それによってECFPr(65S)タンパク質を生成した。pHが7.4から5.5になるときに、蛍光強度のその減損がわずか15%であり、蛍光寿命の減少が16%であるので、このタンパク質は有利な特性を示す。このタンパク質のpH1/2は4.5であり、その蛍光寿命は3.3である(図5およびTable 3(表3))。したがって、65位のアミノ酸も、ECFPのpH感受性特性に影響するようである。 Subsequently, the inventors focused on the amino acid at position 65 of ECFP. They introduced the 65S mutation by directed mutagenesis, thereby producing ECFPr (65S) protein. When the pH goes from 7.4 to 5.5, this protein exhibits advantageous properties because its loss of fluorescence intensity is only 15% and the decrease in fluorescence lifetime is 16%. The pH 1/2 of this protein is 4.5 and its fluorescence lifetime is 3.3 (Figure 5 and Table 3). Thus, the amino acid at position 65 also appears to affect the pH sensitive properties of ECFP.

148位または65位に導入したものに加えて、他の突然変異も評価した。これらは、突然変異72A、145Aおよび206Kの中から選択された。   In addition to those introduced at positions 148 or 65, other mutations were also evaluated. These were selected from among mutations 72A, 145A and 206K.

したがって、ECFPr(72A、145A、148D)シアン蛍光性タンパク質は、ECFPrのようにスペクトルの改変を示す。pHが7.4から5.5になるとき、蛍光強度および寿命でのその減損はそれぞれ33%および32%であり、したがってECFPrのそれ未満である。その半移行pH(pH1/2)は、5.2である(図7およびTable 3(表3))。それにもかかわらず、これらの突然変異の組合せによって付与されるpH感受性の低減は、単一の突然変異148G、148S、148Aまたは65Sによって付与されるものより有利でない。 Thus, ECFPr (72A, 145A, 148D) cyan fluorescent protein exhibits spectral modifications like ECFPr. When the pH goes from 7.4 to 5.5, its loss in fluorescence intensity and lifetime is 33% and 32%, respectively, and therefore less than that of ECFPr. Its half-transition pH (pH 1/2 ) is 5.2 (FIG. 7 and Table 3). Nevertheless, the reduction in pH sensitivity conferred by a combination of these mutations is less advantageous than that conferred by a single mutation 148G, 148S, 148A or 65S.

したがって、本発明者らは突然変異148Dを突然変異148Gに交換し、それによってECFPr(72A、145A、148G)を生成した。pHが7.4から5.5になるとき、蛍光強度および寿命の減損はそれぞれわずか13%および3%であるので、突然変異のこの組合せはpH感受性の低減を可能にする。さらに、このタンパク質のpH1/2はECFPrのそれ未満であり、中性pHでのその蛍光寿命は増加する(タウ=3.13ns)(図8およびTable 3(表3))。 Therefore, we exchanged mutation 148D for mutation 148G, thereby generating ECFPr (72A, 145A, 148G). This combination of mutations allows a reduction in pH sensitivity, as the fluorescence intensity and lifetime depletion are only 13% and 3% when the pH goes from 7.4 to 5.5, respectively. Furthermore, the pH 1/2 of this protein is less than that of ECFPr and its fluorescence lifetime at neutral pH is increased (tau = 3.13 ns) (FIG. 8 and Table 3).

65S突然変異と72Aおよび206Kの突然変異との組合せも、ECFPと比較したpH感受性の低減(図12およびTable 3(表3)を参照)を可能にする。しかし、このタンパク質(ECFPr(65S、72A、206K))で観察される蛍光強度および寿命の減損は、単一の突然変異65Sで観察されるものを超える。   The combination of the 65S mutation and the 72A and 206K mutations also allows for a reduction in pH sensitivity compared to ECFP (see Figure 12 and Table 3). However, the loss of fluorescence intensity and lifetime observed with this protein (ECFPr (65S, 72A, 206K)) exceeds that observed with the single mutation 65S.

したがって、本発明者らは、この場合突然変異72Aおよび206Kである追加の突然変異の存在下または不在下で、148位および65位の二重突然変異を試験した。   We therefore tested the double mutations at positions 148 and 65 in the presence or absence of additional mutations, in this case mutations 72A and 206K.

追加の突然変異の存在下または不在下でのこれらの二重突然変異の導入は、ECFPのpH感受性の大幅な低減を可能にし、それを消滅さえさせる(Table 3(表3)を参照)。   The introduction of these double mutations in the presence or absence of additional mutations allows a significant reduction in the pH sensitivity of ECFP and even eliminates it (see Table 3).

実際に、pHが塩基性pHから酸性pHになるとき、タンパク質ECFPr(65S、72A、145A、148D)、ECFPr(65S、72A、148D、206K)およびECFPr(65S、72A、148G、206K)、ECFPr(65S、148G)、ECFPr(65S、148D)およびECFPr(65S、148S)の蛍光強度および寿命の減損は、完全にゼロでないにしてもほとんど0%である。   In fact, when the pH goes from basic pH to acidic pH, the proteins ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D), ECFPr (65S, 72A, 148D, 206K) and ECFPr (65S, 72A, 148G, 206K), ECFPr The fluorescence intensity and lifetime loss of (65S, 148G), ECFPr (65S, 148D) and ECFPr (65S, 148S) is almost 0%, if not completely zero.

これらのタンパク質の中で、二重突然変異(65S、148G)および(65S、148S)だけを示すECFPr、ならびにECFPr(65S、72A、148G、206K)は、本発明者らによって生成された全ての突然変異シアン蛍光性タンパク質の中で最良の特性を示す:実際、観察される蛍光強度および寿命の減損は、pHが7.4から5.5になるときはゼロであり、それらのそれぞれのpH1/2は、3.4;3.6および3.1であり、中性pHでのそれらのそれぞれの平均蛍光寿命は、4.12;3.86および4.06nsである。 Among these proteins, ECFPr showing only double mutations (65S, 148G) and (65S, 148S), as well as ECFPr (65S, 72A, 148G, 206K) are all produced by the inventors. It exhibits the best properties among mutant cyan fluorescent proteins: in fact, the observed fluorescence intensity and lifetime loss is zero when the pH goes from 7.4 to 5.5, and their respective pH 1/2 is 3.4; 3.6 and 3.1 and their respective average fluorescence lifetimes at neutral pH are 4.12; 3.86 and 4.06 ns.

さらに、蛍光寿命に関して、ECFPr(65S、148G)は、本発明者らによって生成された全てのシアン蛍光性タンパク質の中で最良である。   Furthermore, with respect to fluorescence lifetime, ECFPr (65S, 148G) is the best among all the cyan fluorescent proteins produced by the inventors.

結論として、ECFPの148位および/または65位の単一突然変異、より詳しくは148G/Aおよび/または65Sの突然変異の導入は、消滅させないまでもそのpH感受性が低減されたシアン蛍光性タンパク質の生成を可能にする。定量的画像化適用でのそのようなタンパク質の使用は、それらが放出する蛍光シグナルのより信頼できる定量化を可能にする。   In conclusion, the introduction of a single mutation at position 148 and / or 65 in ECFP, more specifically the mutation at 148G / A and / or 65S, is a cyan fluorescent protein whose pH sensitivity is reduced if not eliminated. Enables the generation of The use of such proteins in quantitative imaging applications allows for more reliable quantification of the fluorescent signal that they emit.

II.新しいバイオセンサーのpH感受性の研究
生理的pH(7.4)では、pHAKARバイオセンサーに組み込まれ、その配列が中でも65Sおよび148G突然変異を含むシアン蛍光性タンパク質ECFPrによって放出される蛍光の平均寿命が、単独で発現されるECFPr(65S、148G)タンパク質と比較して16%低減されることを本発明者らは見出した(3.32ns対3.96ns)。蛍光寿命のこの低下は、シアン蛍光性タンパク質の光物理的特性の観点からサイレント突然変異である追加の突然変異26R、164Hおよび206Kの存在にでなく、シアン蛍光性タンパク質とTagRFPとの間のエネルギー転移に関連づけられる。
II. Study of pH sensitivity of new biosensors At physiological pH (7.4), the average lifetime of fluorescence emitted by the cyan fluorescent protein ECFPr, which is incorporated into the pHAKAR biosensor and contains the 65S and 148G mutations among others, is We found that there was a 16% reduction compared to ECFPr (65S, 148G) protein expressed alone (3.32 ns vs 3.96 ns). This decrease in fluorescence lifetime is not due to the presence of the additional mutations 26R, 164H and 206K, which are silent mutations in terms of the photophysical properties of the cyan fluorescent protein, but the energy between the cyan fluorescent protein and TagRFP. Associated with metastasis.

それにもかかわらず、細胞内pHが5.9に低減するとき、pHAKARバイオセンサーの突然変異タンパク質ECFPrの蛍光の平均寿命は、3.32nsから3.23nsまで非常にわずかに変更されるだけであり、pHAKARバイオセンサーのpH感受性の欠如を強調する。   Nevertheless, when the intracellular pH is reduced to 5.9, the average lifetime of fluorescence of the pHAKAR biosensor mutant protein ECFPr is only slightly changed from 3.32 ns to 3.23 ns, and the pHAKAR biosensor Emphasizes the lack of pH sensitivity.

したがってこれらの結果を考慮すれば、その光物理的特性に影響を及ぼさない追加の突然変異およびTagRFPをさらに含むことができる蛍光性タンパク質ECFPr(65S、148G)の対は、低減されたpH感受性を有する、性能を発揮するFRET対を構成するようである。   Thus, considering these results, a pair of fluorescent proteins ECFPr (65S, 148G) that can further include additional mutations and TagRFP that do not affect its photophysical properties have reduced pH sensitivity. It seems to constitute a FRET pair that demonstrates its performance.

III.シアン蛍光性タンパク質の量子収量、蛍光減衰および光感受性に及ぼす65S突然変異の影響の研究
上記のように、65S突然変異の導入は、ECFPシアン蛍光性タンパク質のpH感受性を低減する作用を有する。本発明者らは、この突然変異の導入がさらに量子収量を増加させ、蛍光発光の動態を単純化し、光退色に対するこのタンパク質の光安定性を向上させることも発見した。
III. Study of the effect of 65S mutation on quantum yield, fluorescence decay and photosensitivity of cyan fluorescent protein As mentioned above, introduction of 65S mutation has the effect of reducing the pH sensitivity of ECFP cyan fluorescent protein . The inventors have also discovered that the introduction of this mutation further increases the quantum yield, simplifies the kinetics of fluorescence, and improves the photostability of this protein against photobleaching.

III.1. 65S突然変異は、シアン蛍光性タンパク質の均一性および量子収量を向上させる
精製タンパク質ECFPrおよびECFPr(72A、145A、148D)の蛍光吸収および発光特性を、中性pHおよび室温で、65S突然変異を含むタンパク質、すなわちタンパク質ECFPr-65SおよびECFPr(65S、72A、145A、148D)のそれらと比較した。これらのシアンタンパク質の吸収および蛍光スペクトルは実際に非常に類似し、インドール型発色団に典型的な二峰性吸収および発光スペクトルを示し、430nmおよび445nmでの2つの吸収最大値ならびに474nmおよび500nmでの2つの発光最大値を有することを本発明者らは見出した(図21)。実験不確実性を考慮すると、研究した全てのタンパク質について、430nmで32000±4000M-1.cm-1の範囲で非常に近い吸収係数が見出された(図22の表)。スペクトルの緊密な類似性にもかかわらず、これらのタンパク質は、それらの量子収量(図22)で、ならびにそれらの蛍光発光減衰から計算されるようにそれらの蛍光寿命分布で著しく異なる(図23)。これらの寿命分布は、全ての場合に、短い構成要素の可変量と関連する主要な、長い蛍光寿命を含む(図22)。ECFPr(72A、145A、148D)タンパク質は、ECFPrタンパク質のそれと比較して増強された量子収量を有するが、不均一な蛍光発光を保持し、その最も長い寿命は全振幅減衰の振幅のわずか64%に寄与する(図22および図23)。
III.1. 65S mutation improves the homogeneity and quantum yield of cyan fluorescent protein. The fluorescent absorption and emission properties of purified proteins ECFPr and ECFPr (72A, 145A, 148D) are reduced to 65S at neutral pH and room temperature. It was compared with those of the proteins containing the mutations, namely the proteins ECFPr-65S and ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D). The absorption and fluorescence spectra of these cyan proteins are actually very similar, showing the bimodal absorption and emission spectra typical of indole-type chromophores, with two absorption maxima at 430nm and 445nm and at 474nm and 500nm. The present inventors have found that these have two emission maximum values (FIG. 21). Considering experimental uncertainties, very close absorption coefficients were found for all proteins studied in the range of 32000 ± 4000 M −1 .cm −1 at 430 nm (table in FIG. 22). Despite close spectral similarities, these proteins differ significantly in their quantum yield (Figure 22) and in their fluorescence lifetime distributions as calculated from their fluorescence decay (Figure 23). . These lifetime distributions include, in all cases, a major, long fluorescence lifetime associated with a variable amount of short components (FIG. 22). The ECFPr (72A, 145A, 148D) protein has an enhanced quantum yield compared to that of the ECFPr protein, but retains non-uniform fluorescence and its longest lifetime is only 64% of the amplitude of total amplitude decay (FIGS. 22 and 23).

本発明の方法により導入される65S単一突然変異は、ECFPrおよびECFPr(72A、145A、148D)タンパク質の性能をかなり向上させる。ECFPr-65Sのタンパク質の蛍光量子収量は、ECFPrと比較して48%増加し、ECFPr(65S、72A、145A、148D)のそれはECFPr(72A、145A、148D)と比較して25%増加する(図22)。65S突然変異は、蛍光寿命分布のかなりの単純化をももたらす(図23)。ECFPr(72A、145A、148D)タンパク質の場合、65S突然変異は高い蛍光量子収量および平均寿命につながり、蛍光減衰は83%の寿命振幅の近単一指数関数的動態に従う(図22)。   The 65S single mutation introduced by the method of the present invention significantly improves the performance of ECFPr and ECFPr (72A, 145A, 148D) proteins. The fluorescence quantum yield of the protein of ECFPr-65S is increased by 48% compared to ECFPr, and that of ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D) is increased by 25% compared to ECFPr (72A, 145A, 148D) ( (Figure 22). The 65S mutation also results in considerable simplification of the fluorescence lifetime distribution (Figure 23). For the ECFPr (72A, 145A, 148D) protein, the 65S mutation leads to high fluorescence quantum yield and average lifetime, and the fluorescence decay follows near monoexponential dynamics with 83% lifetime amplitude (FIG. 22).

III.2. 65S突然変異は、酸移行の間に検出されるシアン蛍光性タンパク質の中間形を抑制する
酸移行の間のECFPrおよびその突然変異体の蛍光吸収および発光スペクトルの詳細な分析は、中間形の存在を支持する大量の証拠を提供する。詳しくは、ECFPrの場合、媒体のpH4.7までの酸性化に続いて蛍光発光スペクトルの最大値での赤へのシフトが観察される(図24)。pHがさらに低下するとき、発光最大値は再び青にシフトする。この挙動は2つの状態の間の単純移行によって説明することができず、赤にシフトしたその蛍光発光が高酸性のpHで2つの中性および変性した状態とは明らかに別個の中間状態の存在の証拠を提供する。この「赤い」中間体は、65S突然変異がECFPrに導入されるときには消える(図25C)。同様に、タンパク質ECFPr(72A、145A、148D)の場合、pK1/2より下で中間体が存在し、それは青で吸収され、発光する(図25Bおよび図26B);この異性化された中間状態(シストランス異性体の名称でより知られる)は、65S突然変異の導入の後、検出不能になる(図25Dおよび図26D)。実際は、ECFPr(65S、72A、145A、148D)タンパク質の蛍光吸収および発光スペクトルは、いかなる中間スペクトルの破壊もなしに、中性および酸性の両形の混合物を示す。蛍光強度ならびに吸収および発光スペクトルの微細構造の減損、加えて青へのスペクトルシフトは、非常に狭いpH範囲内で事実上同時に起こる。
III.2. 65S mutation suppresses the intermediate form of cyan fluorescent protein detected during acid transfer Detailed analysis of the fluorescence absorption and emission spectra of ECFPr and its mutants during acid transfer Provide a large amount of evidence to support the existence of intermediate forms. Specifically, in the case of ECFPr, a shift to red at the maximum value of the fluorescence emission spectrum is observed following acidification of the medium to pH 4.7 (FIG. 24). As the pH further decreases, the emission maximum shifts again to blue. This behavior cannot be explained by a simple transition between the two states, and the presence of an intermediate state clearly distinct from the two neutral and denatured states at a highly acidic pH whose fluorescence emission shifted to red Providing evidence of This “red” intermediate disappears when the 65S mutation is introduced into ECFPr (FIG. 25C). Similarly, for the protein ECFPr (72A, 145A, 148D), there is an intermediate below pK 1/2 that is absorbed in blue and emits light (Figure 25B and Figure 26B); this isomerized intermediate The condition (more known by the name of the cis-trans isomer) becomes undetectable after the introduction of the 65S mutation (FIGS. 25D and 26D). In fact, the fluorescence absorption and emission spectra of ECFPr (65S, 72A, 145A, 148D) proteins show a mixture of both neutral and acidic forms without any intermediate spectral disruption. The loss of fluorescence intensity and the fine structure of the absorption and emission spectra, as well as the spectral shift to blue, occur virtually simultaneously in a very narrow pH range.

III.3. 65S突然変異は、シアン蛍光性タンパク質の可逆的光退色の速度および振幅を低減する
多くの天然または遺伝子改変蛍光性タンパク質は、2つの光学的に別個の状態の間で光によって誘発される可逆的変換を経る(可逆的フォトスイッチングタンパク質またはRSFPとも呼ばれる)。そのような可逆的光反応は様々な程度で大多数の蛍光性タンパク質に共通し、このことは生物学的画像化でのそれらの使用に大きな結果をもたらすことができることがさらに認められる:したがって、標準のFRET適用では、蛍光団は、できる限りそのような光反応をなくすべきである。それにもかかわらず、シアンおよび黄色の蛍光性タンパク質の可逆的光変換特性に関する定量データは、かなり稀である。ブラウン拡散による干渉またはこれらのタンパク質を発現する生細胞の運動に関係がある干渉を除去するために、これらの反応は、精製され、固定化された蛍光性タンパク質で観察する方が一般により容易である。
III.3. 65S mutation reduces the rate and amplitude of reversible photobleaching of cyan fluorescent proteins Many natural or genetically modified fluorescent proteins are induced by light between two optically distinct states Undergoes reversible conversion (also called reversible photoswitching protein or RSFP). It is further appreciated that such reversible photoreactions are common to the majority of fluorescent proteins to varying degrees, and this can have great consequences for their use in biological imaging: In standard FRET applications, the fluorophore should eliminate such photoreactions as much as possible. Nevertheless, quantitative data regarding the reversible light conversion properties of cyan and yellow fluorescent proteins is rather rare. These reactions are generally easier to observe with purified and immobilized fluorescent proteins in order to eliminate interference due to Brownian diffusion or movement of living cells expressing these proteins. is there.

本発明者らは、アガロースビーズに結合する精製タンパク質ECFPrが、その発色団吸収バンドで、照射下一過性の顕著な可逆的光退色を経ることを観察することができた。したがって、水銀ランプの最大電力を用いる急激な広視野照射の下で、1秒未満の単一指数関数的時定数の後、蛍光強度は23%減少する(図22および図27)。この一過性応答の後、おそらく不可逆的光退色のために、1秒につき約0.1%の蛍光強度のより遅い減少がある(下記参照)。照射時間が十分に短く保たれる場合、および完全な暗所で数分後、蛍光強度はその初期レベルに戻る(図27A)。   The present inventors were able to observe that the purified protein ECFPr that binds to agarose beads undergoes a remarkably reversible photobleaching that is transient under irradiation in its chromophore absorption band. Thus, under abrupt wide-field illumination using the maximum power of a mercury lamp, the fluorescence intensity decreases by 23% after a single exponential time constant of less than 1 second (FIGS. 22 and 27). After this transient response, there is a slower decrease in fluorescence intensity of about 0.1% per second, possibly due to irreversible photobleaching (see below). If the irradiation time is kept short enough, and after a few minutes in complete darkness, the fluorescence intensity returns to its initial level (FIG. 27A).

本発明者らは、一過性退色の後のECFPr蛍光の回復は、同じ波長での中程度の照射によって速められることをさらに観察した(図28)。このことは、その蛍光状態へのECFPrの復帰が光によっても活性化されることを示す。したがって、照射の数秒後に達成される蛍光の定常レベルは定常状態体系に対応しなければならず、そこでは、「off」(非蛍光状態)および「on」(蛍光状態)光反応は両方とも等しい速度で起こる。この系を記載するために、2つの最低状態を含む動態モデルを用いることができる:このモデルは、可逆的退色および光活性化復帰の素反応をそれぞれ記載する2つの速度定数koffおよびkonで特徴づけられる。このモデルにより、退色実験でのみかけの緩和時間τrevは、2つの速度定数の合計の逆数(kon+koff)-1であるが、数秒後に到達する蛍光強度の定常レベルはkon/(kon+koff)によって与えられ、そこから速度定数konおよびkoffを得ることができる(Table 4(表4))。これらの2つの速度定数から、両方向での光変換量子収量を推定することもできる:得られた値φoff=1%およびφon=6%は、ECFPrが高度に有効な可逆的フォトスイッチングタンパク質(RSFP)であることを示す。 We further observed that the recovery of ECFPr fluorescence after transient fading was accelerated by moderate illumination at the same wavelength (FIG. 28). This indicates that the return of ECFPr to its fluorescent state is also activated by light. Thus, the steady state level of fluorescence achieved after a few seconds of irradiation must correspond to a steady state regime, where both the “off” (non-fluorescent state) and “on” (fluorescent state) photoreactions are equal. Happens at speed. To describe this system, a kinetic model containing two minimum states can be used: this model has two rate constants k off and k on describing the elementary reactions of reversible fading and photoactivation reversion, respectively. It is characterized by. According to this model, the apparent relaxation time τ rev in the fading experiment is the reciprocal of the sum of the two rate constants (k on + k off ) −1 , but the steady-state level of fluorescence intensity reached after a few seconds is k on / (k on + k off ), from which the rate constants k on and k off can be obtained (Table 4). From these two rate constants, the photoconversion quantum yield in both directions can also be estimated: the obtained values φ off = 1% and φ on = 6% are reversible photoswitching proteins that are highly effective in ECFPr (RSFP).

65S突然変異を含むか含まない他のシアン蛍光性タンパク質の一過性退色も、同じ実験プロトコルに従って研究した。急激な照射の結果、全ての蛍光性タンパク質は、数秒の類似した時間スケールであるが非常に異なる振幅で、蛍光強度の可逆的減少を経る(図27)。したがって、ECFPr(72A、145A、148D)タンパク質が33%の顕著な減少を示す点に注目される。さらにより注目すべきは、ECFPrまたはECFPr(72A、145A、148D)に導入された65S突然変異は、一過性減少の振幅をいずれの場合も3%未満まで明らかに低減する(図27B)。これらのタンパク質(Table 4(表4))の各々の速度定数konおよびkoffを比較すると、65S突然変異を含むタンパク質は、この突然変異を欠くタンパク質のそれより10倍低い可逆的退色速度koffを示し、光活性化復帰には中程度の変化だけがある点が注目される(Table 4(表4))。したがって、65S突然変異の原理作用は、可逆的退色の基本速度koffをかなり減速することであり、それは一過性退色の振幅の低減につながる。 Transient fading of other cyan fluorescent proteins with or without the 65S mutation was also studied according to the same experimental protocol. As a result of abrupt irradiation, all fluorescent proteins undergo a reversible decrease in fluorescence intensity with a similar time scale of a few seconds but with very different amplitudes (FIG. 27). Thus, it is noted that the ECFPr (72A, 145A, 148D) protein shows a significant decrease of 33%. Even more notably, the 65S mutation introduced in ECFPr or ECFPr (72A, 145A, 148D) clearly reduces the amplitude of the transient decrease to less than 3% in each case (FIG. 27B). Comparing the rate constants k on and k off of each of these proteins (Table 4), the protein containing the 65S mutation is 10 times lower than that of the protein lacking this mutation. It is noted that there is only a moderate change in photoactivation recovery (Table 4). Thus, the principle action of the 65S mutation is to significantly slow down the basic rate k off of reversible fading, which leads to a reduction in the amplitude of transient fading.

シアン蛍光性タンパク質の光反応は、それらのサイトゾルでこれらのタンパク質を発現するMDCK細胞でも観察可能である(図29)。しかし、同一の広視野照射条件を用いることにより、応答の振幅はin vitroで得られるものと比較してかなり低減されるようであり、緩和時間はかなりより短く(Table 4(表4))、これは獲得の条件から生じるのかもしれない。それにもかかわらず、異なるシアン蛍光性タンパク質の比較は、in vitroで観察されるものに非常に類似している傾向を明らかにし、すなわち、65S突然変異が一過性応答を強く低減することを明らかにする(図29)。   Photoreactions of cyan fluorescent proteins can also be observed in MDCK cells that express these proteins in their cytosol (FIG. 29). However, using the same wide-field illumination conditions, the amplitude of response appears to be significantly reduced compared to that obtained in vitro, and the relaxation time is much shorter (Table 4), This may arise from the conditions of acquisition. Nevertheless, comparison of different cyan fluorescent proteins reveals a trend that is very similar to that observed in vitro, ie, the 65S mutation strongly reduces the transient response (Figure 29).

III.4. 65S突然変異は、シアン蛍光性タンパク質の不可逆的光退色を減速する
65S突然変異を含むか含まないシアン蛍光性タンパク質の不可逆的退色反応も研究した。そうするために、固定化されたアガロースビーズと細胞のサイトゾルの両方で、同一であるが長期の広視野照射条件を用いた。研究した全てのシアン蛍光性タンパク質は、水銀ランプの下での最大電力での30分間の照射後に、85%〜95%の不可逆的蛍光減損を示す。蛍光強度の減衰は、ほぼ指数関数的であり(図30)、暗所で1%未満強度回復であり、検出可能な光活性化回復はなく、これは照射停止から10分後までである。固定化アガロースビーズおよび細胞で実行された実験は、かなり類似した不可逆的退色時定数を与えた(図22):したがって、全ての場合に、単一突然変異65Sは、タンパク質ECFPrおよびECFPr(72A、145A、148D)の不可逆的退色をかなり減速する(Table 1(表1))。ECFPr(72A、145A、148D)タンパク質はECFPrよりわずかに速い退色を経るが、それによって、可逆的および不可逆的反応の両方について低下した光安定性をこのタンパク質が有することを実証する。
III.4. 65S mutation slows irreversible photobleaching of cyan fluorescent protein
The irreversible fading reaction of cyan fluorescent protein with or without the 65S mutation was also studied. To do so, the same but long-term wide-field irradiation conditions were used for both immobilized agarose beads and cell cytosol. All cyan fluorescent proteins studied show irreversible fluorescence loss of 85% to 95% after 30 minutes irradiation at maximum power under a mercury lamp. The fluorescence intensity decay is almost exponential (FIG. 30) with less than 1% intensity recovery in the dark and no detectable photoactivation recovery until 10 minutes after irradiation cessation. Experiments performed with immobilized agarose beads and cells gave fairly similar irreversible fading time constants (Figure 22): therefore, in all cases, the single mutation 65S was associated with the proteins ECFPr and ECFPr (72A, 145A, 148D) significantly slows irreversible fading (Table 1). The ECFPr (72A, 145A, 148D) protein undergoes slightly faster fading than ECFPr, thereby demonstrating that the protein has reduced photostability for both reversible and irreversible reactions.

したがって、65S突然変異の作用は、照射に応じてのシアン蛍光性タンパク質の光安定性を向上させることである。   Thus, the effect of the 65S mutation is to improve the light stability of the cyan fluorescent protein in response to irradiation.

結論
したがって、本発明者らは、シアン蛍光性タンパク質の光物理的特性に及ぼす65S突然変異のかなりの影響を観察することができた。この特異的突然変異は、これらのタンパク質のpH感受性の低減に加えて、それらの量子収量の向上、それらの蛍光動態の複雑性の低下、ならびに可逆的光反応の阻害および不可逆的光退色の減速を可能にする。
Conclusion Therefore, we were able to observe a considerable effect of the 65S mutation on the photophysical properties of cyan fluorescent protein. This specific mutation, in addition to reducing the pH sensitivity of these proteins, increases their quantum yield, reduces their fluorescent kinetic complexity, and inhibits reversible photoreactions and slows irreversible photobleaching. Enable.

したがって、より詳しくは、65S突然変異を含むシアン蛍光性タンパク質は、それらが蛍光シグナルのより精密でより感受性の高い定量分析を可能にし、したがってより信頼できる分析を可能にするので、生細胞でのForster共鳴エネルギー転移(FRET)または蛍光寿命画像化鏡検(FLIM)による画像化研究で用いることができる。
(参考文献)
Thus, more specifically, cyan fluorescent proteins containing the 65S mutation allow for a more precise and more sensitive quantitative analysis of the fluorescent signal and thus a more reliable analysis, so that in live cells It can be used in imaging studies by Forster resonance energy transfer (FRET) or fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM).
(Reference)

Claims (17)

単一のまたは二つの突然変異が配列番号2の配列を含むタンパク質配列に導入されるステップであって
−前記突然変異が配列番号2の配列の148位および/または65位に導入され、および
−前記65位のアミノ酸がセリンで置換される、および/または、前記148位のアミノ酸がグリシン、アラニン、またはセリンで置換される、ステップa)
を含むことを特徴とする、低減されたpH感受性を示すシアン蛍光性タンパク質を生成する方法。
A step wherein a single or two mutations are introduced into a protein sequence comprising the sequence of SEQ ID NO: 2, said mutation being introduced at position 148 and / or 65 of the sequence of SEQ ID NO: 2, and- The amino acid at position 65 is substituted with serine and / or the amino acid at position 148 is substituted with glycine, alanine or serine, step a)
A method for producing a cyan fluorescent protein exhibiting reduced pH sensitivity.
9G、11I、19E、26R、68L、87V、164H、167A、172T、175G、194Iおよび206Kの群から選択される別の突然変異およびそれらの組み合わせが配列番号2の配列に導入されるステップb)
をさらに含み、ステップb)がステップa)の前または後に実行されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
Another mutation selected from the group of 9G, 11I, 19E, 26R, 68L, 87V, 164H, 167A, 172T, 175G, 194I and 206K and combinations thereof are introduced into the sequence of SEQ ID NO: 2) b)
The method of claim 1, further comprising: step b) is performed before or after step a).
シアン蛍光性タンパク質の配列が、65Sおよび148G突然変異を少なくとも含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法によって得られたシアン蛍光性タンパク質。 The cyan fluorescent protein obtained by the method according to claim 1 or 2 , characterized in that the sequence of the cyan fluorescent protein comprises at least the 65S and 148G mutations . 請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質をコードする核酸。   A nucleic acid encoding the cyan fluorescent protein according to claim 3. 請求項4に記載の核酸を含む組換えベクター。   A recombinant vector comprising the nucleic acid according to claim 4. 請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質を発現する宿主細胞。   A host cell expressing the cyan fluorescent protein according to claim 3. 請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質を含むことを特徴とするバイオセンサー。   A biosensor comprising the cyan fluorescent protein according to claim 3. その吸収スペクトルが請求項3に記載のタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する蛍光性タンパク質を含むことを特徴とする、請求項7に記載のバイオセンサー。 8. The biosensor according to claim 7, wherein the biosensor includes a fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the protein according to claim 3. その吸収スペクトルが請求項3に記載のタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する前記蛍光性タンパク質が、蛍光性タンパク質YFP、Topaz、EYFP、YPET、SYFP2、Citrine、Venus、cp-Venus、Kusabira Orange、Kusabira Orange2、mOrange、mOrange2、dTomato、dTomato-Tandem、DsRed、DsRed2、DsRed-Express(T1)、DsRed-Express2、DsRed-Max、DsRed-Monomer、TagRFP、TagRFP-T、mRuby、mApple、mStrawberry、AsRed2、mRFP1、JRed、mCherry、eqFP611、tdRFP611、HcRed1、mRaspberry、tdRFP639、mKate、mKate2、Katushka、tdKatushka、HcRed-Tandem、mPlumおよびAQ143の中から選択されることを特徴とする、請求項8に記載のバイオセンサー。 The fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the protein according to claim 3, the fluorescent protein YFP, Topaz, EYFP, YPET, SYFP2, Citrine, Venus, cp-Venus, Kusabira Orange, Kusabira Orange2, mOrange, mOrange2, dTomato, dTomato-Tandem, DsRed, DsRed2, DsRed-Express (T1), DsRed-Express2, DsRed-Max, DsRed-Monomer, TagRFP, TagRFP-T, mRuby, mApple, mStrawberry, AsRed2, Bio according to claim 8 , characterized in that it is selected from mRFP1, JRed, mCherry, eqFP611, tdRFP611, HcRed1, mRaspberry, tdRFP639, mKate, mKate2, Katushka, tdKatushka, HcRed-Tandem, mPlum and AQ143. sensor. その吸収スペクトルが請求項3に記載のタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する前記蛍光性タンパク質がTagRFPであることを特徴とする、請求項9に記載のバイオセンサー。 10. The biosensor according to claim 9 , wherein the fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the protein according to claim 3 is TagRFP. 前記請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質がバイオセンサーに直接的に連結することを特徴とする、請求項7に記載のバイオセンサー。 The cyan fluorescent protein according to claim 3, characterized in that directly connected to the biosensor, biosensor according to claim 7. 前記請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質、又は、その吸収スペクトルが請求項3に記載のタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する前記蛍光性タンパク質バイオセンサーに直接的に連結することを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載のバイオセンサー。 The cyan fluorescent protein according to claim 3 or the fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the protein according to claim 3 is directly linked to a biosensor. The biosensor according to any one of claims 8 to 10 , characterized in that 前記請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質がバイオセンサーに間接的に連結することを特徴とする、請求項7に記載のバイオセンサー。 The cyan fluorescent protein according to claim 3, characterized in that the indirectly coupled to the biosensor, biosensor according to claim 7. 前記請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質、又は、その吸収スペクトルが請求項3に記載のタンパク質の発光スペクトルと部分的に重複する前記蛍光性タンパク質が、バイオセンサーに間接的に連結することを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載のバイオセンサー。The cyan fluorescent protein according to claim 3 or the fluorescent protein whose absorption spectrum partially overlaps with the emission spectrum of the protein according to claim 3 is indirectly linked to a biosensor. The biosensor according to any one of claims 8 to 10, characterized in that 蛍光相関分光法(FCS)およびその変形、Forster共鳴エネルギー転移(FRET)、生物発光共鳴エネルギー転移(BRET)、蛍光寿命画像化鏡検(FLIM)、光退色後の蛍光再分布(FRAP)、光退色によって誘導される蛍光減損(FLIP)、時間相関単一光子計数法(TCSPC)、異等方性および蛍光脱色、光活性化局在化鏡検(PALM)、確率的光学再構築鏡検(STORM)、誘導放出抑制鏡検(STED)の中から選択される定量的画像化適用での、請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質、請求項4に記載の核酸、請求項5に記載の組換えベクター、請求項6に記載の宿主細胞、請求項7から14のいずれか一項に記載のバイオセンサーの使用。 Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and its variants, Forster resonance energy transfer (FRET), bioluminescence resonance energy transfer (BRET), fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM), fluorescence redistribution after photobleaching (FRAP), light Fluorescence loss induced by fading (FLIP), time correlated single photon counting (TCSPC), anisotropy and fluorescence bleaching, photoactivated localization microscopy (PALM), stochastic optical reconstruction microscopy ( STORM), a cyan fluorescent protein according to claim 3, a nucleic acid according to claim 4, and a nucleic acid according to claim 5 in a quantitative imaging application selected from Stimulated Emission Suppression Microscopy (STED) Use of a recombinant vector, a host cell according to claim 6, and a biosensor according to any one of claims 7 to 14 . 化合物および/または細胞をスクリーニングするための方法における、請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質、請求項4に記載の核酸、請求項5に記載の組換えベクター、請求項6に記載の宿主細胞、請求項7から14のいずれか一項に記載のバイオセンサーの使用。 A cyan fluorescent protein according to claim 3, a nucleic acid according to claim 4, a recombinant vector according to claim 5, a host cell according to claim 6 in a method for screening compounds and / or cells. Use of a biosensor according to any one of claims 7 to 14 . 毒物学、遺伝毒性または環境汚染検出試験における、請求項3に記載のシアン蛍光性タンパク質、請求項4に記載の核酸、請求項5に記載の組換えベクター、請求項6に記載の宿主細胞、請求項7から14のいずれか一項に記載のバイオセンサーの使用。 In a toxicology, genotoxicity or environmental pollution detection test, the cyan fluorescent protein according to claim 3, the nucleic acid according to claim 4, the recombinant vector according to claim 5, the host cell according to claim 6, Use of the biosensor according to any one of claims 7 to 14 .
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